DE69637079T2 - HOCHGESCHWINDIGKEITSCHROMATOGRAPHIE - Google Patents

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Description

Hintergrund der ErfindungBackground of the invention

Die Erfindung ist auf Hochgeschwindigkeitsgaschromatographie zur Detektion von verschiedenen Verbindungen gerichtet.The Invention is for high speed gas chromatography for detection directed by different compounds.

Gaschromatographie wird in den US-Patenten Nr. 5,092,155 ; 5,092,157 ; 5,098,451 ; 5,099,743 ; 5,108,705 ; 5,268,302 ; 5,300,758 ; und 5,310,682 beschrieben.Gas chromatography is used in the U.S. Patent Nos. 5,092,155 ; 5,092,157 ; 5,098,451 ; 5,099,743 ; 5,108,705 ; 5,268,302 ; 5,300,758 ; and 5,310,682 described.

Das US-Patent Nr. 3 053 077 offenbart einen Gaschromatographen, welcher eine Gaschromatographiesäule und einen thermischen Leitfähigkeitsdetektor aufweist, positioniert in einem Luftbad mit konstanter Temperatur.The U.S. Patent No. 3,053,077 discloses a gas chromatograph having a gas chromatographic column and a thermal conductivity detector positioned in a constant temperature air bath.

Das US-Patent Nr. 3 139 745 offenbart einen Gaschromatographen, welcher eine gewendelte Gaschromatographiesäule und Mittel zum Heizen der Säule aufweist, aufweisend eine Ringheizvorrichtung.The U.S. Patent No. 3,139,745 discloses a gas chromatograph having a coiled gas chromatographic column and means for heating the column, comprising a ring heater.

Das US-Patent Nr. 5 005 399 offenbart eine transportable Gaschromatographieanordnung, welche eine Gaschromatographiesäule aufweist, beschichtet mit einem elektrisch leitfähigen Film.The U.S. Patent No. 5,005,399 discloses a portable gas chromatographic assembly having a gas chromatographic column coated with an electrically conductive film.

Das US-Patent Nr. 4 181 613 offenbart einen Ofen für einen Chromatographen, in welchem Einlass- und Auslassöffnungen beide an gegenüberliegenden Seiten eines Ventilators von den Säulen angeordnet sind und in einer solchen Art und Weise, dass die Umgebungsluft, welche durch die Einlassöffnung eintritt, sich mit der heißen Luft von dem Ofen vermengt, bevor sie die Säulen erreicht.The U.S. Patent No. 4,181,613 discloses a furnace for a chromatograph in which inlet and outlet ports are both disposed on opposite sides of a fan from the columns and in such a manner that the ambient air entering through the inlet port communicates with the hot air from the furnace mingled before she reaches the columns.

Zusammenfassung der ErfindungSummary of the invention

Die Erfindung sieht ein Hochgeschwindigkeitsblitzgaschromatographiesystem vor, welches in einer oder zwei Minuten Ergebnisse bietet, welche eine oder zwei Stunden einer Verarbeitung durch herkömmliche Gaschromatographiesysteme erfordern würden. Das System schließt ein einen beheizten isothermen Bereich und eine Gaschromatographiesäule, welche außerhalb von dem isothermen Bereich lokalisiert ist. Das System schließt auch einen Detektor und einen Flusspfad zwischen dem Detektor und der Gaschromatographiesäule ein. Zumindest ein Abschnitt des Flusspfades ist in dem isothermen Bereich positioniert.The The invention provides a high speed flash gas chromatography system which provides results in one or two minutes, which one or two hours of processing by conventional gas chromatography systems would require. The system closes a heated isothermal section and a gas chromatography column outside is located from the isothermal area. The system also closes a detector and a flux path between the detector and the gas chromatography column one. At least a portion of the flow path is in the isothermal Positioned area.

Ausführungsformen der Erfindung können eines oder mehrere der folgenden Merkmale einschließen. Das System kann ein Gehäuse außerhalb des isothermen Bereichs einschließen, mit der Gaschromatographiesäule in dem Gehäuse positioniert. Das Gehäuse kann konfiguriert sein, um die Gaschromatographiesäule von den Wärmequellen außerhalb des Gehäuses zu isolieren. Zu diesem Zweck kann das Gehäuse eine isolierende Wand zwischen dem Gehäuse und dem isothermen Bereich einschließen.embodiments of the invention can be one or more of the following features. The system can be a housing outside the include isothermal area, with the gas chromatography column in the case positioned. The housing can be configured to control the gas chromatography column of the heat sources outside of the housing to isolate. For this purpose, the housing may have an insulating wall between the housing and the isothermal region.

Die Gaschromatographiesäule schließt eine leitende Metallhülse ein, und das System kann eine Schaltung einschließen zum Zuführen eines elektrischen Stroms zu der leitenden Metallhülse zum Heizen der Säule. Um die Menge an Wärmeverlust von der Hülse zu dem Gehäuse zu verringern, ist das Innere des Gehäuses so gestaltet, dass es eine geringe thermische Masse aufweist. Zum Beispiel kann das Innere des Gehäuses eine dünne Schicht von Metall aufweisen, welche auf einer dicken Schicht einer thermischen Isolation aufliegt. Diese Anordnung verringert auch die Wärmemenge, welche durch das Innere des Gehäuses während aufeinanderfolgenden Heiz-/Kühlzyklen zurückgehalten wird.The gas chromatography column includes a conductive metal sleeve and the system may include a circuit for Respectively an electric current to the conductive metal sleeve to Heating the column. To the amount of heat loss from the sleeve to the housing To reduce, the interior of the case is designed to be there has a low thermal mass. For example, the interior of the housing a thin one Layer of metal, which on a thick layer of a thermal insulation rests. This arrangement also reduces the amount of heat which through the interior of the case while consecutive heating / cooling cycles retained becomes.

Zusätzlich zu der leitenden Metallhülse kann die Gaschromatographiesäule eine Schicht aus elektrisch isolierendem Material einschließen, welche die leitende Metallhülse umgibt. Das Material kann auch eine thermische Isolierung bieten. Zum Beispiel kann die Metallhülse von einer Schicht aus Glasfasern umgeben sein. Die Gaschromatographiesäule kann aus Gründen der Kompaktheit gewendelt sein.In addition to the conductive metal sleeve can the gas chromatography column include a layer of electrically insulating material which the conductive metal sleeve surrounds. The material can also provide thermal insulation. For example, the metal sleeve be surrounded by a layer of glass fibers. The gas chromatography column can for reasons the compactness be coiled.

Das Gehäuse kann auch ein Gebläse einschließen zum Umwälzen von Luft in dem Gehäuse, um eine homogene Wärmeverteilung innerhalb des Gehäuses vorzusehen. Diese Luftumwälzung verhindert oder verringert das Auftreten eines sogenannten Kamineffekts, der auftreten kann, wenn Luft, aufgeheizt durch untere Wendeln der Säule, aufsteigt und obere Wendeln der Säule heizt.The casing can also be a fan lock in to circulate of air in the enclosure to a homogeneous heat distribution inside the case provided. This air circulation prevents or reduces the occurrence of a so-called chimney effect, which can occur when air heated by lower spirals of air Pillar, ascends and heats the upper filaments of the column.

Das Gehäuse kann auch einen Einlass einschließen, welcher konfiguriert ist, um in einer offenen Position zu wirken, welche einen Fluss in das Gehäuse durch den Einlass gestattet, oder einer geschlossenen Position, welche einen Fluss in das Gehäuse durch den Einlass verhindert. Ein Steuermechanismus, wie etwa Klappen, kann an dem Einlass angebracht sein und betreibbar sein, um den Einlass zwischen den offenen und geschlossenen Positionen umzuschalten. Ein Prozessor, konfiguriert, um das System zu steuern, kann mit dem Steuermechanismus verbunden sein und konfiguriert sein, um den Steuermechanismus zu veranlassen, den Einlass in die offene Position zu platzieren, um die Gaschromatographiesäule zu kühlen.The casing may also include an inlet which is configured to act in an open position, which flows through the housing allows the inlet, or a closed position, which a flow into the housing prevented by the inlet. A control mechanism, such as flaps, can be attached to the inlet and be operable to the To switch the inlet between the open and closed positions. A processor configured to control the system can be used with be connected to the control mechanism and configured to the control mechanism to cause the inlet to be placed in the open position, around the gas chromatography column to cool.

Das System kann auch einen Halter einschließen, welcher konfiguriert ist, um die Säule in der gewendelten Konfiguration beizubehalten. Zum Beispiel kann der Halter vier Seitenschienen und ein Paar von Ringen einschließen, wobei die Seitenschienen mit den Ringen verbunden sind. Jede Seitenschiene kann Nuten an einer Oberfläche der Seitenschiene einschließen, welche im Inneren des Halters ist, wobei jede Nut so bemessen ist, dass sie eine Wendel der Säule aufnimmt.The system may also include a holder configured to maintain the column in the coiled configuration. For example, the holder can have four side rails and one Include a pair of rings, wherein the side rails are connected to the rings. Each side rail may include grooves on a surface of the side rail which is inside the holder, each groove being sized to receive a coil of the column.

Kühlkörper können an jedem Ende der Gaschromatographiesäule angebracht sein. Wenn der isotherme Bereich eine isotherme Kammer ist, kann das System auch eine Halterung einschließen, positioniert in einer äußeren Wand der isothermen Kammer. Ein Kühlkörper, angebracht an einem Ende der Gaschromatographiesäule, kann in die Halterung eingefügt sein. Das System kann auch eine zweite Halterung einschließen, positioniert in der äußeren Wand der isothermen Kammer, und ein Kühlkörper, angebracht an dem anderen Ende der Gaschromatographiesäule, kann in die zweite Halterung eingefügt sein.Heat sinks can on be attached to each end of the gas chromatography column. When the isothermal Area is an isothermal chamber, the system can also be a holder lock in, positioned in an outer wall the isothermal chamber. A heat sink, attached at one end of the gas chromatography column may be inserted in the holder. The system may also include a second holder positioned in the outer wall the isothermal chamber, and a heat sink attached at the other end of the gas chromatography column, can in the second holder be inserted.

Die Kühlkörper können elektrisch leitend sein und an den Enden der Metallhülse angebracht sein. Die Halterungen können konfiguriert sein, um einen elektrischen Strom zum Heizen der Säule durch das Anbringen der Halterungen an den Kühlkörpern vorzusehen.The Heat sinks can be electric be conductive and attached to the ends of the metal sleeve. The brackets can be configured to provide an electrical current to heat the column through to provide the attachment of the brackets to the heat sinks.

Andere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung, einschließlich der Zeichnungen, und aus den Ansprüchen deutlich werden.Other Features and advantages of the invention will become apparent from the following detailed Description, including of the drawings, and from the claims.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

1 ist ein Blockdiagramm eines Hochgeschwindigkeitsblitzgaschromatographiesystems. 1 Figure 12 is a block diagram of a high speed flash gas chromatography system.

2 und 3 sind Ansichten von oben und von der Seite einer Gaschromatographiesäule des Systems der 1. 2 and 3 are views from above and from the side of a gas chromatography column of the system 1 ,

4 ist eine Schnittansicht, genommen entlang dem Schnitt 4-4 der 2. 4 FIG. 12 is a sectional view taken along section 4-4 of FIG 2 ,

5 ist eine Schnittansicht, genommen entlang dem Schnitt 5-5 der 4. 5 is a sectional view taken along section 5-5 of 4 ,

6-8 sind Ansichten einer Vorrichtung des Systems der 1. 6 - 8th are views of a device of the system 1 ,

9 ist eine Endansicht, welche eine Orientierung eines Kaltpunkts des Systems der 1 zeigt. 9 FIG. 11 is an end view showing an orientation of a cold spot of the system of FIG 1 shows.

10A-10C sind schematische Ansichten von Komponentenkonfigurationen in einem BLITZ-GC-System. 10A - 10C Figure 12 are schematic views of component configurations in a BLITZ-GC system.

11A-11D sind schematische Ansichten von Komponentenkonfigurationen in einem BLITZ-GC-System. 11A - 11D Figure 12 are schematic views of component configurations in a BLITZ-GC system.

12-14 sind schematische Ansichten von Komponentenkonfigurationen in BLITZ-GC-Systemen. 12 - 14 Figure 12 are schematic views of component configurations in BLITZ-GC systems.

15 ist ein allgemeines Blockdiagramm eines Hochgeschwindigkeitsgaschromatographiesystems. 15 Figure 11 is a general block diagram of a high speed gas chromatography system.

16A und 16B sind Blockdiagramme, welche die Zwischenverbindungen darstellen, erzielt durch ein Zwei-Positions-Ventil mit sechs Anschlüssen. 16A and 16B Figure 4 is a block diagram illustrating the interconnections achieved by a six-port two-position valve.

17 ist eine Graphik einer Temperatur gegen die Zeit. 17 is a graph of a temperature versus time.

18 ist ein Blockdiagramm eines Systems zum Steuern der Temperatur einer Gaschromatographiesäule. 18 Figure 11 is a block diagram of a system for controlling the temperature of a gas chromatography column.

19 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens, implementiert durch das System der 18. 19 is a flowchart of a method implemented by the system of 18 ,

20 ist ein Zeitgabediagramm für das System der 18. 20 is a timing diagram for the system 18 ,

21 ist eine Graphik einer Beziehung zwischen den Widerstandsverhältnissen und der Leistungsdauer. 21 is a graph of a relationship between the resistance ratios and the power duration.

22 ist eine Querschnittsansicht einer Gaschromatographiesäule mit einer Dämpfungssteuerung und einer Vorrichtung zum Kühlen der Säule. 22 FIG. 12 is a cross-sectional view of a gas chromatographic column with a damping control and a device for cooling the column. FIG.

23 ist eine Querschnittsansicht, genommen entlang dem Schnitt 23-23 der 22. 23 FIG. 12 is a cross-sectional view taken along section 23-23 of FIG 22 ,

24 ist eine schematische Ansicht einer vertikal orientierten Gaschromatographiesäule, welche thermischen Gradienten unterzogen sein kann. 24 Figure 11 is a schematic view of a vertically oriented gas chromatographic column which may be subjected to thermal gradients.

25 ist eine schematische Ansicht einer vertikal orientierten Gaschromatographiesäule mit einer Struktur, um thermische Gradienten zu verringern. 25 Figure 11 is a schematic view of a vertically oriented gas chromatographic column having a structure to reduce thermal gradients.

26 ist eine Querschnittsansicht einer vertikal orientierten Gaschromatographiesäule mit einem Ventilator oder Gebläse, um thermische Gradienten zu minimieren. 26 Figure 12 is a cross-sectional view of a vertically oriented gas chromatographic column with a fan or blower to minimize thermal gradients.

27A-27F sind Diagramme von Gaschromatographiesäulen mit einer Struktur zum Einführen thermischer Gradienten entlang der Länge der Säule. 27A - 27F Figures are diagrams of gas chromatography columns having a structure for introducing thermal gradients along the length of the column.

28 ist eine Querschnittsansicht eines Probenextraktionsmoduls. 28 is a cross-sectional view of one Sample extraction module.

Beschreibung der bevorzugten AusführungsformenDescription of the preferred embodiments

Mit Bezugnahme auf 1 schließt ein Hochgeschwindigkeitsblitzgaschromatographiesystem 100 eine gewendelte Gaschromatographieröhre 105 ein, lokalisiert in einem Säulengehäuse 110. Andere Komponenten des Systems 100 sind in einem Ventilofen 115 lokalisiert.With reference to 1 includes a high speed flash gas chromatography system 100 a coiled gas chromatography tube 105 a, located in a column housing 110 , Other components of the system 100 are in a valve oven 115 localized.

Auch mit Bezugnahme auf die 2 und 3 wird die Röhre 105 in der gewendelten Konfiguration gehalten durch einen leichtgewichtigen Halter 118, welcher in dem Säulengehäuse 110 positioniert ist. Um den Wärmeverlust von der Röhre 105 zu minimieren, ist der Halter 118 so gestaltet, dass er nur einen minimalen Kontakt mit der Röhre 105 aufweist. Zu diesem Zweck schließt der Halter 118 vier Seitenschienen 120 ein, welche mit einem Paar von Ringen 125 verbunden sind. Die Seitenschienen 120 sind um die Röhre 105 positioniert und schließen Nuten 130 ein, von denen jede bemessen ist, eine Wendel 135 der Röhre aufzunehmen. Der Abstand zwischen den Nuten 130 steuert bzw. kontrolliert den vertikalen Abstand zwischen den Wendeln 135. Die Seitenschienen sind aus Micra oder einem elektrisch und thermisch isolierenden Material hergestellt.Also with reference to the 2 and 3 becomes the tube 105 in the coiled configuration held by a lightweight holder 118 which is in the column housing 110 is positioned. To the heat loss from the tube 105 minimize is the holder 118 designed so that he has minimal contact with the tube 105 having. For this purpose, the holder closes 118 four side rails 120 one with a pair of rings 125 are connected. The side rails 120 are around the tube 105 positioned and closing grooves 130 one, each of which is sized, a coil 135 to record the tube. The distance between the grooves 130 Controls or controls the vertical distance between the coils 135 , The side rails are made of Micra or an electrically and thermally insulating material.

Die Ringe 125, welche aus Metall hergestellt sind, sind im Durchmesser kleiner als die Wendeln 135, und sie sind an der Oberseite und der Unterseite des Halters 118 positioniert. Halterungen 140 an den Ringen sind an den Seitenschienen durch Schrauben 145 angebracht. Die Form der Ringe 125 und die Orientierung der Seitenschienen 120 bezüglich dazu dienen zur Beibehaltung der gewendelten Konfiguration der Röhre 105.The Rings 125 , which are made of metal, are smaller in diameter than the helices 135 and they are at the top and bottom of the holder 118 positioned. brackets 140 on the rings are on the side rails by screws 145 appropriate. The shape of the rings 125 and the orientation of the side rails 120 with respect to maintaining the coiled configuration of the tube 105 ,

Mit Bezugnahme auf die 4 und 5 schließt die Röhre 105 eine Gaschromatographiesäule 150 ein, welche eine Schicht von Polymer-155-Beschichtung einer inneren Oberfläche einer glas- oder quartzverschmolzenen Silica-Röhre 160 aufweist. Die Säule 150 ist innerhalb einer Hülse 165 aus Edelstahl lokalisiert. Die Hülse 165 kann rasch aufgeheizt werden durch Anlegen eines elektrischen Stroms, und sie ist innerhalb einer elektrisch isolierenden, verwobenen Glashülse 170 lokalisiert. Die Glashülse 170 gestattet es den Nuten 130 (2), so nahe voneinander beabstandet zu sein, dass die Wendeln 135 (2) einander berühren können, ohne einen elektrischen Kurzschluss zu erzeugen. Falls die Nuten 130 weit genug entfernt beabstandet wären, dass die Wendeln sich nicht berühren könnten, würde die Glashülse 170 nicht nötig sein.With reference to the 4 and 5 closes the tube 105 a gas chromatography column 150 comprising a layer of polymer 155 coating an inner surface of a glass or quartz fused silica tube 160 having. The pillar 150 is inside a sleeve 165 isolated from stainless steel. The sleeve 165 can be rapidly heated by applying an electric current, and it is within an electrically insulating, interwoven glass sleeve 170 localized. The glass sleeve 170 allows the grooves 130 ( 2 ), so close to each other that the coils 135 ( 2 ) can touch each other without generating an electrical short circuit. If the grooves 130 spaced far enough away that the filaments could not touch, would the glass sleeve 170 not necessary.

Um das Einführen der Säule 150 in die Hülse 165 zu gestatten, ist der äußere Durchmesser der Säule 150 kleiner als der innere Durchmesser der Hülse 165. Der Unterschied zwischen den beiden Durchmessern muss groß genug sein, um ein Einführen der Säule 150 in die Hülse 165 zu gestatten, aber er muss klein genug sein, um eine rasche Wärmeübertragung von der Hülse 165 zu der Säule 150 zu gestatten. Zum Beispiel weist die Säule 150 in einer Ausführungsform einen äußeren Durchmesser von 0,5 Millimeter auf, während die Hülse 165 einen inneren Durchmesser von 0,55 Millimeter aufweist.To insert the column 150 in the sleeve 165 to allow, is the outer diameter of the column 150 smaller than the inner diameter of the sleeve 165 , The difference between the two diameters must be large enough to allow insertion of the column 150 in the sleeve 165 but it must be small enough to allow rapid heat transfer from the sleeve 165 to the pillar 150 to allow. For example, the column points 150 in one embodiment, an outer diameter of 0.5 millimeters, while the sleeve 165 has an inner diameter of 0.55 millimeters.

Bezugnehmend wiederum auf die 2 und 3 sind Kühlkörper 175 an jedes Ende der Hülse 165 angeschmolzen. Die Kühlkörper 175 hindern die Temperatur der Enden der Hülse 165 daran, eine gewünschte Temperatur zu übersteigen, wenn ein elektrischer Strom an die Hülse 165 angelegt ist, um die Hülse 165 und die Säule 150 zu heizen. In extremen Fällen verhindert dies die Zerstörung der Abschnitte der Säule 150 an den Enden der Hülse 165. Die Kühlkörper 175 können aus Messing oder anderen geeigneten leitfähigen Materialien hergestellt sein.Referring again to the 2 and 3 are heat sinks 175 to each end of the sleeve 165 melted. The heat sinks 175 prevent the temperature of the ends of the sleeve 165 Remember to exceed a desired temperature when applying an electrical current to the sleeve 165 is applied to the sleeve 165 and the pillar 150 to heat. In extreme cases, this prevents the destruction of the sections of the column 150 at the ends of the sleeve 165 , The heat sinks 175 can be made of brass or other suitable conductive materials.

Mit Bezugnahme auf die 6-8 ist jeder Kühlkörper 175 konfiguriert, um in eine Halterung 200 eingefügt zu sein. Die Kühlkörper 175 bieten eine strukturelle Steifigkeit, welche bei der Platzierung der Kühlkörper innerhalb der Halterungen 200 hilfreich ist. Dies vereinfacht den Vorgang des Ersetzen der Röhre, wenn eine Säule 150, welche ein unterschiedliches Polymer 155 aufweist, gewünscht wird oder wenn eine Säule 150 verschleißt oder beschädigt ist.With reference to the 6 - 8th is every heat sink 175 configured to fit in a holder 200 to be inserted. The heat sinks 175 Provide structural rigidity, which helps in placing the heatsink within the mounts 200 helpful. This simplifies the process of replacing the tube when a column 150 which is a different polymer 155 has, is desired or if a column 150 is worn or damaged.

Wie in den 1 und 6 gezeigt, ist jede Halterung 200 an einer Wand 205 zwischen dem Gehäuse 110 und dem Ventilofen 115 angebracht. Die Halterung schließt einen ersten Abschnitt 210 ein, welcher innerhalb des Ventilofens 115 positioniert ist, und einen zweiten Abschnitt 215, welcher sich durch die Wand 205 erstreckt. Der erste Abschnitt 210 ist an der Wand 205 durch ein Paar von mit Gewinde versehenen Bolzen 220 befestigt.As in the 1 and 6 shown is every bracket 200 on a wall 205 between the case 110 and the valve furnace 115 appropriate. The bracket closes a first section 210 which is inside the valve furnace 115 is positioned, and a second section 215 , which extends through the wall 205 extends. The first paragraph 210 is on the wall 205 through a pair of threaded studs 220 attached.

Elektrische Leitungen 225 sind an dem ersten Abschnitt 210 durch ein zweites Paar von mit Gewinde versehenen Bolzen 230 befestigt. Eine erste elektrische Leitung jeder Halterung 200 wird verwendet, um einen Schaltkreis zu bilden, durch welchen ein elektrischer Strom an die Hülse 165 (5) angelegt wird, um die Hülse und die Säule 150 zu heizen. Eine zweite elektrische Leitung der ersten Halterung wird verwendet, um einen Schaltkreis zu bilden, welcher den elektrischen Widerstand der Hülse 165 misst. Da der Widerstand der Hülse 165 mit der Temperatur variiert, kann die Messung des Widerstands verwendet werden, um die Temperatur der Hülse und der Säule zu messen.Electric lines 225 are at the first section 210 through a second pair of threaded studs 230 attached. A first electrical line of each holder 200 is used to form a circuit through which an electrical current to the sleeve 165 ( 5 ) is applied to the sleeve and the column 150 to heat. A second electrical lead of the first holder is used to form a circuit which determines the electrical resistance of the sleeve 165 measures. Because the resistance of the sleeve 165 varies with temperature, the measurement of the resistance can be used to measure the temperature of the sleeve and the column.

Alternative Techniken zum Messen der Temperatur der Röhre schließen ein Wickeln eines Drahts durch die Hülse 165 und entlang der Säule 150 und ein Messen des Widerstands des Drahts als ein Maß der Temperatur ein. Dieser Ansatz gestattet es, dass die Hülse 165 aus einem Material hergestellt sein kann, welches einen Widerstand aufweist, der wenig mit der Temperatur variiert. Eine Verwendung eines solchen Materials bietet eine größere Steuerung bzw. Kontrolle des Temperaturprofils, über welches die Hülse 165 geheizt werden kann. Zum Beispiel kann ein linearer Temperaturanstieg viel leichter erreicht werden, wenn der Widerstand wenig mit der Temperatur variiert, als wenn der Widerstand stark mit der Tempe ratur variiert. Ein Temperatursensor kann auch hergestellt werden durch Beschichten der Säule 150 mit einer Schicht aus Metall und danach Messen des Widerstands der Metallschicht. Eine Metallbeschichtung an der Säule 150 kann auch verwendet werden, um die Metallhülse 165 zu ersetzen. Auf ähnliche Weise könnte die Hülse 165 eliminiert werden durch Verwendung einer Säule 150, welche eine Röhre 160 aufweist, hergestellt aus einem Metall anstelle von verschmolzenem Silica. In anderen alternativen Ansätzen kann ein Thermoelement innerhalb der Hülse 165 oder innerhalb des Gehäuses 110 platziert sein.Alternative techniques for measuring the temperature of the tube include winding a wire through the sleeve 165 and along the pillar 150 and measuring the resistance of the wire as a measure of the temperature. This approach allows the sleeve 165 may be made of a material having a resistance that varies little with temperature. Use of such a material provides greater control of the temperature profile over which the sleeve rests 165 can be heated. For example, a linear temperature rise can be achieved much more easily if the resistance varies little with temperature than if the resistance varies greatly with temperature. A temperature sensor can also be made by coating the column 150 with a layer of metal and then measuring the resistance of the metal layer. A metal coating on the column 150 Can also be used to the metal sleeve 165 to replace. Similarly, the sleeve could 165 be eliminated by using a column 150 which is a tube 160 made of a metal instead of fused silica. In other alternative approaches, a thermocouple may be inside the sleeve 165 or inside the case 110 be placed.

Rippen 235 an dem Äußeren des ersten Abschnitts 210 bieten eine Wärmeübertragung zwischen der Befestigung 200 und dem Inneren des Ventilofens 115, um die Befestigung 200 bei der Temperatur des Ventilofens 115 zu halten. Als ein zusätzlicher Mechanismus zum Halten der Befestigung bei der Temperatur des Ventilofens könnte ein Heizer (nicht gezeigt) innerhalb der Befestigung enthalten sein. Eine Kompressionshalterung 240 wird verwendet, um den Kühlkörper 175 und die Hülse 165 an der Halterung 200 zu befestigen. Wie in 1 gezeigt, erstrecken sich die Enden der Säule 150 durch die Kühlkörper 175 und die Halterungen 200 in den Ventilofen 115. Die Enden der Säule sind mit einem Ventil 250 verbunden.ribs 235 on the exterior of the first section 210 provide a heat transfer between the attachment 200 and the interior of the valve furnace 115 to the attachment 200 at the temperature of the furnace 115 to keep. As an additional mechanism for maintaining the fixture at the temperature of the furnace, a heater (not shown) could be included within the fixture. A compression mount 240 is used to heat sink 175 and the sleeve 165 on the bracket 200 to fix. As in 1 shown, the ends of the column extend 150 through the heatsink 175 and the brackets 200 in the valve oven 115 , The ends of the column are with a valve 250 connected.

Wieder bezugnehmend auf 1 gestattet die Verwendung eines separierten Säulengehäuses 110 eine Hochgeschwindigkeitstemperaturprogrammierung der Röhre 105 unabhängig von der Temperatur des Ventilofens 115. Wie oben angemerkt, wird die Röhre elektrisch beheizt durch Anlegen eines elektrischen Stroms an die Hülse 165 durch die Kühlkörper 175 und deren Verbindungen zu den Halterungen 200. Es ist gefunden worden, dass eine Leistungsversorgung bzw. Stromversorgung (nicht gezeigt), welche in der Lage ist, bis zu 96 Volt bei 12 A zu liefern, eine ausreichende Leistung bietet, um die Röhre 105 auf gewünschte Temperaturen zu heizen.Referring again to 1 allows the use of a separate columnar housing 110 a high speed temperature programming of the tube 105 regardless of the temperature of the valve furnace 115 , As noted above, the tube is electrically heated by applying an electrical current to the sleeve 165 through the heatsink 175 and their connections to the brackets 200 , It has been found that a power supply (not shown) capable of delivering up to 96 volts at 12 amps provides sufficient power to the tube 105 to heat to desired temperatures.

Ein Wärmeverlust von der Röhre zur Luft in dem Gehäuse 110 ist verringert durch das Vorhandensein der Glashülse 170, welche über der Hülse 165 liegt, und durch Dimensionieren des Gehäuses 110, um eng an den Abmessungen der gewendelten Röhre 105 zusammenzuliegen. Ein Wärmeverlust von Luft zu dem Gehäuse ist verringert durch Verringerung der Masse des Gehäuses 110. Zu diesem Zweck schließt das Innere des Gehäuses eine dünne Schicht eines Metalls 252 ein, welche über einer dicken Schicht einer Isolation 254 liegt. Die Masse innerhalb des Gehäuses ist auch verringert durch Verringerung der Masse des Halters 118.A heat loss from the tube to the air in the housing 110 is reduced by the presence of the glass sleeve 170 which over the sleeve 165 lies, and by dimensioning the housing 110 to fit closely to the dimensions of the coiled tube 105 zusammenzuliegen. Heat loss of air to the housing is reduced by reducing the mass of the housing 110 , For this purpose, the interior of the housing encloses a thin layer of a metal 252 one which over a thick layer of insulation 254 lies. The mass within the housing is also reduced by reducing the mass of the holder 118 ,

Das Säulengehäuse 110 sieht auch eine homogene Wärmeverteilung während des Heizens der Röhre 105 vor. Aufgrund von Beschränkungen bei den Abmessungen des Systems 100 ist die Röhre 105 vertikal orientiert, mit aufeinanderfolgenden Wendeln gestapelt über jeder anderen. Um das Auftreten eines Kamineffekts (d.h. ein übermäßiges Heizen der oberen Wendeln aufgrund der aufsteigenden Hitze) zu vermeiden und um eine homogene Wärmeverteilung sicherzustellen, walzt ein kleiner Ventilator 255 Luft innerhalb des Säulengehäuses 110 um. Der Einfluss des Kamineffekts wird auch dadurch verringert, dass Proben in die Röhre 105 an der unteren Wendel eintreten und von der Röhre 105 an der oberen Wendel austreten. Der Kamineffekt kann auch verhindert werden durch Orientieren der Röhre 105 horizontal, mit aufeinanderfolgenden Wendeln entlang jeder ihrer Seiten platziert.The column housing 110 Also sees a homogeneous heat distribution during heating of the tube 105 in front. Due to limitations in the dimensions of the system 100 is the tube 105 vertically oriented, with successive spirals stacked over each other. To avoid the occurrence of a chimney effect (ie, excessive heating of the upper coils due to the rising heat) and to ensure homogeneous heat distribution, a small fan rolls 255 Air inside the column housing 110 around. The effect of the chimney effect is also diminished by having samples in the tube 105 enter at the lower helix and from the tube 105 emerge at the upper spiral. The chimney effect can also be prevented by orienting the tube 105 placed horizontally, with successive spirals along each of their sides.

Um die Röhre 105 zu kühlen, werden Kuppen bzw. Lüftungsschlitze 260 in dem Boden des Gehäuses 110 geöffnet, um das Innere des Gehäuses einem Bereich 262 von positivem Druck auszusetzen, erzeugt durch ein Gebläse 265, welches unterhalb des Gehäuses 110 positioniert ist. Wenn die Klappen geöffnet werden, tritt Luft von dem Bereich 262 in das Gehäuse 110 ein und tritt aus dem Gehäuse durch Schlitze 270 in der Oberseite des Gehäuses 110 aus. Die Schlitze 270 sind klein genug, dass keine beachtliche Wärme aufgrund des Luftstroms durch die Schlitze 270 verloren geht, wenn die Klappen 260 geschlossen sind. Ein Entlüften kann erreicht werden, wenn man den Ventilator 255 anstelle des Gebläses 265 verwendet. Jedoch würde der sich ergebende Anstieg der Masse des Ventilators mit dem Ziel der Massereduzierung innerhalb des Gehäuses 110 in Konflikt sein.Around the tube 105 To cool, dome or vents are 260 in the bottom of the case 110 opened to the inside of the housing an area 262 from positive pressure, generated by a blower 265 which is below the housing 110 is positioned. When the flaps are opened, air comes out of the area 262 in the case 110 and exits the housing through slots 270 in the top of the case 110 out. The slots 270 are small enough that no considerable heat due to the air flow through the slots 270 gets lost when the flaps 260 are closed. Venting can be achieved by using the fan 255 instead of the blower 265 used. However, the resulting increase in the mass of the fan would be with the aim of reducing the mass within the housing 110 to be in conflict.

Das Gehäuse 110 schließt auch eine Tür 275 ein. Die Tür kann geöffnet werden, um einen Zugang zum Inneren des Gehäuses 110 und zu der Röhre 105 vorzusehen.The housing 110 also closes a door 275 one. The door can be opened to access the interior of the case 110 and to the tube 105 provided.

Im Allgemeinen ist die Temperatur der Röhre 105 niedriger als die Temperatur des Ventilofens 115, was steuerbar ist zwischen 50° C und 400° C. Die Temperatur des Ventilofens 115 kann bei 300° C gehalten werden, um sicherzustellen, dass Proben, welche in das System eingeführt werden, in einem verdampften Zustand sein werden, wenn sie sich nicht in der Röhre 105 befinden. Ob die Proben verdampft werden, wenn sie sich in der Röhre 105 befinden, ist abhängig von der Temperatur, auf welche die Röhre 105 geheizt ist.In general, the temperature of the tube 105 lower than the temperature of the furnace 115 , which is controllable between 50 ° C and 400 ° C. The temperature of the furnace 115 can be maintained at 300 ° C to ensure that samples introduced into the system will be in a vaporized state when not in the tube 105 are located. Whether the samples ver be steamed when they are in the tube 105 is dependent on the temperature to which the tube 105 is heated.

Das System 100 schließt einen Injektor 300 ein, welcher das Einführen einer Probe in das System gestattet. Der Injektor kann ein Standardgaschromatographie-Spalt-/-Nicht-Spalt-Injektor sein. Eine innere Oberfläche des Injektors wird auf eine Temperatur aufgeheizt, welche ausreicht, um die Probe zu verdampfen. Eine Röhre 305 verbindet den Injektor mit dem Ventil 250. Wenn das Ventil 250 für ein Probeneinführen orientiert ist, wird die verdampfte Probe von dem Injektor in das Ventil getragen.The system 100 closes an injector 300 a, which allows the introduction of a sample into the system. The injector may be a standard gas chromatography gap / non-gap injector. An inner surface of the injector is heated to a temperature sufficient to vaporize the sample. A tube 305 connects the injector to the valve 250 , When the valve 250 For sample introduction, the vaporized sample is carried by the injector into the valve.

Mit Bezugnahme auf die 1 und 9 ist ein Kaltpunkt 310 (auch bezeichnet als ein Dampfkonzentrator) mit dem Ventil 250 durch ein Paar von Röhren 315 verbunden. Im Wesentlichen ist der Kaltpunkt 310 eine kurze Gaschromatographiesäule 320, welche rasch gekühlt werden kann, um Dämpfe zu konzentrieren, und welche rasch geheizt werden kann, um die konzentrierten Dämpfe freizusetzen. Wie die Röhre 105 ist die Säule 320 von einer Metallhülse 325 umgeben, welche durch Anlegen eines elektrischen Stroms geheizt werden kann.With reference to the 1 and 9 is a cold point 310 (also referred to as a vapor concentrator) with the valve 250 through a pair of tubes 315 connected. In essence, the cold spot 310 a short gas chromatography column 320 , which can be cooled rapidly to concentrate vapors, and which can be heated quickly to release the concentrated vapors. Like the tube 105 is the pillar 320 from a metal sleeve 325 surrounded, which can be heated by applying an electric current.

Die Säule 320 ist innerhalb eines Schlitzes 330 in einem Block 335 von thermisch leitendem Material (z.B. Aluminium) positioniert, welcher selbst eingebettet ist in eine Rückwand 340 des Ventilofens 115. Eine Schicht aus Silikon 345 ist in den Schlitz 330 extrudiert, um die Hülse zu umgeben und eine elektrische Isolation wie auch etwas thermische Isolation zu bieten. Der Block 335 sieht eine große thermische Masse vor und hält die Säule 320 bei einer konstanten Temperatur, wenn kein Strom an die Hülse 325 angelegt ist.The pillar 320 is inside a slot 330 in a block 335 of thermally conductive material (eg aluminum), which itself is embedded in a back wall 340 of the furnace 115 , A layer of silicone 345 is in the slot 330 extruded to surround the sleeve and provide electrical insulation as well as some thermal insulation. The block 335 Provides a large thermal mass and holds the column 320 at a constant temperature when no power is applied to the sleeve 325 is created.

Der Block 335 wird bei einer niedrigen Temperatur gehalten durch ein Paar von Peltier-Kühlern 350. Kühlkörper 355 an der Außenseite des Hinteren des Ventilofens geben Hitze von den Peltier-Kühlern ab. Die Peltier-Kühler sind in der Lage, den Block 335 auf eine Temperatur abzukühlen, welche etwa 25° C weniger ist als die Raumtemperatur und welche im Wesentlichen unabhängig ist von der Temperatur des Ventilofens 115. Somit kann, wenn die Raumtemperatur 30° C beträgt, die Temperatur des Blocks bei 5° C gehalten werden. Dies trifft selbst dann zu, wenn die Temperatur des Ventilofens 115 400° C beträgt.The block 335 is kept at a low temperature by a pair of Peltier coolers 350 , heatsink 355 on the outside of the back of the furnace release heat from the Peltier coolers. The Peltier coolers are capable of blocking the block 335 to cool to a temperature which is about 25 ° C less than the room temperature and which is substantially independent of the temperature of the furnace 115 , Thus, if the room temperature 30 ° C, the temperature of the block should be kept at 5 ° C. This is true even when the temperature of the furnace 115 400 ° C is.

Dämpfe, welche in den Kaltpunkt eintreten, werden an der Polymerbeschichtung des Inneren der Säule 320 gebunden. Weniger flüchtige Verbindungen werden unmittelbar nach Eintritt des Kaltpunkts gebunden, während flüchtigere Verbindungen weiter entlang dem Inneren der Säule 320 wandern, bevor sie gebunden werden.Vapors entering the cold spot become attached to the polymer coating of the interior of the column 320 bound. Less volatile compounds are bound immediately upon entry of the cold point, while more volatile compounds continue to bind along the interior of the column 320 wander before they are tied.

Verbindungen werden von der Säule 320 gelöst durch Anlegen eines elektrischen Stroms an die Hülse 325, um die Hülse 325 und die Säule 320 zu heizen. Vor dem Heizen der Säule 320 kann das Ventil 250 eingestellt werden, um den Strom durch die Säule 320 umzudrehen. Dies erhöht die Wahrscheinlichkeit, dass Verbindungen von unterschiedlicher Flüchtigkeit aus der Säule 320 bei oder nahe zu der gleichen Zeit austreten werden. Insbesondere werden flüchtigere Verbindungen, welche von dem Polymer früher gelöst werden, einen längeren Abstand zu rückzulegen haben, bevor sie die Säule 320 verlassen, da sie weiter in die Säule gewandert sein werden, bevor sie gebunden werden. Im Gegensatz dazu werden weniger flüchtige Verbindungen, welche von dem Polymer später gelöst werden, eine kürzere Entfernung zurückzulegen haben, bevor sie die Säule 320 verlassen, da sie einen kürzeren Abstand in die Säule zurückgelegt haben werden, bevor sie gebunden werden.Connections are from the column 320 solved by applying an electric current to the sleeve 325 to the sleeve 325 and the pillar 320 to heat. Before heating the column 320 can the valve 250 be adjusted to the flow through the column 320 turning around. This increases the likelihood that compounds of varying volatility will leave the column 320 will leave at or near the same time. In particular, more volatile compounds which are dissolved earlier by the polymer will have to travel a longer distance before leaving the column 320 leave because they will have moved further into the column before they are tied. In contrast, less volatile compounds which are later dissolved by the polymer will have to travel a shorter distance before they reach the column 320 leave as they will have traveled a shorter distance into the column before they are tied.

Das System 100 schließt auch einen Gaschromatographiedetektor 360 ein. Der Detektor 360 ist ein Standardflammenionisationsdetektor, mit der Ausnahme, dass Elektroniken 365, zugeordnet zu dem Detektor, viel schneller arbeiten, um eine höhere Abtastrate zu bieten, als sie durch Elektroniken geboten wird, welche Standarddetektoren zugeordnet sind. Typischerweise werden etwa zehn Datenproben benötigt, um einen Peak zu definieren. Da das System 100 zumindest eine Größenordnung schneller arbeitet als herkömmliche Gaschromatographiesysteme, kann es die Abtastrate erfordern, eine Größenordnung höher zu liegen als die Abtastraten, welche Datensystemen für Standardgaschromatographiesysteme zugeordnet sind. Andere geeignete Detektoren schließen ein Photoionisationsdetektoren, Elektronenfangdetektoren, Massenspektrometer, Pulsionisationsdetektoren und Massenauswahldetektoren.The system 100 also includes a gas chromatography detector 360 one. The detector 360 is a standard flame ionization detector, except that electronics 365 assigned to the detector operate much faster to provide a higher sampling rate than that offered by electronics associated with standard detectors. Typically, about ten data samples are needed to define a peak. Because the system 100 At least one order of magnitude faster than conventional gas chromatography systems may require that the sampling rate be an order of magnitude higher than the sampling rates associated with data systems for standard gas chromatography systems. Other suitable detectors include photoionization detectors, electron capture detectors, mass spectrometers, pulsionization detectors and mass selection detectors.

Der Ventilofen 115 ist ähnlich zu einem herkömmlichen Gaschromatographieofen. Jedoch benötigt, anders als herkömmliche Gaschromatographieöfen, welche es erfordern, ein gesteuertes bzw. kontrolliertes Temperaturprofil für die Gaschromatographiesäule vorzusehen, der Ventilofen 115 es nur, eine einzelne Temperatur beizubehalten. Demgemäß kann der Ventilofen 115 einfacher und weniger teuer sein als herkömmliche Gaschromatographieöfen.The valve furnace 115 is similar to a conventional gas chromatography furnace. However, unlike conventional gas chromatography furnaces which require providing a controlled temperature profile for the gas chromatography column, the valve furnace requires 115 it only to maintain a single temperature. Accordingly, the valve furnace 115 easier and less expensive than conventional gas chromatography furnaces.

Das System 100 wird durch einen Prozessor 370 gesteuert. Der Prozessor 370 steuert die Temperatur der Gaschromatographieröhre 105 und die Temperatur des Kaltpunkts 310. Insbesondere misst der Prozessor 370 die Temperatur der Röhre 105 und steuert den elektrischen Strom, welcher zu der Hülse 165 durch die Kühlkörper 175 zum Heizen der Röhre 105 zugeführt wird. Der Prozessor 370 steuert auch die Klappen 260, um die Röhre 105 zu kühlen, wenn angebracht. Der Prozessor 370 steuert den Kaltpunkt 310 in einer ähnlichen Art und Weise.The system 100 is through a processor 370 controlled. The processor 370 controls the temperature of the gas chromatography tube 105 and the temperature of the cold point 310 , In particular, the processor measures 370 the temperature of the tube 105 and controls the electrical current leading to the sleeve 165 through the heatsink 175 for heating the tube 105 is supplied. The processor 370 also controls the flaps 260 to the tube 105 to cool, if appropriate. The processor 370 controls the cold point 310 in a similar way.

Der Prozessor 370 steuert auch den Fluss durch das System 100 durch Steuern des Ventils 250. Zur Einfachheit der Darstellung ist das Ventil 250 als ein Einzelventil dargestellt und diskutiert. In Wirklichkeit kann das Ventil mehrere Ventile beinhalten, und es kann zusätzliche Verbindungen zum Beispiel zu einer Zufuhr eines Trägergases (nicht gezeigt) und eine Entlüftung (nicht gezeigt) beinhalten. Der wichtige Punkt ist, dass das Ventil (oder die Ventile) durch den Prozessor steuerbar sein muss bzw. müssen, um einen Fluss durch das System in einer gewünschten Art und Weise zu steuern. Zum Beispiel kann der Prozessor zu Beginn das Ventil so konfigurieren, dass Proben von dem Injektor 300 durch den Kaltpunkt 310 strömen, bevor sie zur Atmosphäre entlüftet werden. Wenn eine ausreichende Menge der Probe durch den Kaltpunkt 310 gesammelt ist, rekonfiguriert der Prozessor das Ventil so, dass ein Fluss durch den Kaltpunkt 310 umgedreht wird und die Proben, welche vom Kaltpunkt austreten, in die Gaschromatographieröhre 105 eintreten.The processor 370 also controls the flow through the system 100 by controlling the valve 250 , For simplicity of illustration, the valve 250 shown and discussed as a single valve. In actuality, the valve may include a plurality of valves, and may include additional connections, for example, to a supply of a carrier gas (not shown) and a vent (not shown). The important point is that the valve (or valves) must be controllable by the processor to control flow through the system in a desired manner. For example, the processor may initially configure the valve to receive samples from the injector 300 through the cold point 310 flow before venting to the atmosphere. When a sufficient amount of sample through the cold spot 310 is collected, the processor reconfigures the valve so that a flow through the cold point 310 is turned over and the samples emerging from the cold spot into the gas chromatography tube 105 enter.

Zur Einfachheit der Beschreibung wurde das System 100 oben beschrieben als eine einzelne Gaschromatographieröhre 105 und einen einzelnen Kaltpunkt 310 einschließend. Jedoch können tatsächliche Implementierungen des Systems zusätzliche Gaschromatographieröhren und Kaltpunkte wie auch mehrere Injektoren und mehrere Detektoren einschließen. Zum Beispiel schließt das BLITZ-Gaschromatographiesystem („das BLITZ-GC"), verfügbar von Thermedics Detection, Inc. aus Chelmsford, Massachusetts (der Inhaber dieser Erfindung), zwei Gaschromatographiesäulen und bis zu vier Kaltpunkte ein. Die Gaschromatographiesäulen können temperaturprogrammiert sein, um unabhängig voneinander zu heizen und zu kühlen, und Heizraten von 1° C pro Sekunde bis 100° C pro Sekunde vorsehen. Die Kaltpunkte können temperaturprogrammiert sein, um unabhängig voneinander zu heizen und zu kühlen, und Heizraten so schnell wie 6000° C pro Sekunde vorsehen. Das BLITZ-GC bietet eine Auflösung von Peak-Breiten von weniger als 100 Millisekunden, und es kann komplexe Chromatogramme in weniger als einhundert Sekunden durchführen.For simplicity of description, the system was 100 described above as a single gas chromatography tube 105 and a single cold spot 310 including. However, actual implementations of the system may include additional gas chromatography tubes and cold spots as well as multiple injectors and multiple detectors. For example, the BLITZ Gas Chromatography System ("the BLITZ GC"), available from Thermedics Detection, Inc. of Chelmsford, Massachusetts (the assignee of this invention), includes two gas chromatography columns and up to four cold spots independently heat and cool, and provide heating rates of 1 ° C per second to 100 ° C per second The cold spots can be temperature programmed to independently heat and cool, and provide heating rates as fast as 6000 ° C per second The BLITZ-GC provides resolution of peak widths of less than 100 milliseconds, and can perform complex chromatograms in less than a hundred seconds.

Herkömmliche Gaschromatographiebedingungen dienen als ein Führer, um die besten Säulen und Betriebsparameter auszuwählen. Sobald eine Vorrichtung für die Anwendung verplombt ist, betätigt ein Prozessor die BLITZ-GC. Temperaturprofile und Ventilzeitgabeabfolgen werden gesteuert unter Verwendung einer Tastatur. Gaschromatographiebedingungen können ausgewertet und rasch getestet werden.conventional Gas Chromatography conditions serve as a guide to the best pillars and To select operating parameters. Once a device for the application is sealed, presses on Processor the BLITZ GC. Temperature profiles and valve timing sequences are controlled using a keyboard. GC conditions can evaluated and tested quickly.

In der BLITZ-GC ist der Probeneinführschritt von den Gaschromatographiesäulen isoliert, was es gestattet, dass beide Vorgänge auf maximale Leistung optimiert sind. Proben werden auf einen Kaltpunkt eingeführt, welcher die Probe konzentriert und fokussiert vor einer Einführung der Probe in die Gaschromatographiesäule. Wie oben bemerkt, ist der Kaltpunkt eine kurze Länge entweder von verschmolzener Silica- oder Metallverrohrung, sehr ähnlich herkömmlicher Gaschromatographieverrohrung. Die Verrohrung, welche etwa 10 cm lang ist, weist eine spezielle Metallhülse auf, so dass sie rasch und reproduzierbar gekühlt und geheizt werden kann unter Steuerung eines Prozessors.In the FLASH GC is the sample introduction step of the gas chromatography columns which allows both operations to be optimized for maximum performance are. Samples are introduced to a cold spot which concentrates the sample and focused on an introduction the sample into the gas chromatography column. As noted above, is the cold spot a short length either fused silica or metal tubing, very similar to conventional ones Gaschromatographieverrohrung. The piping, which is about 10 cm long, has a special metal sleeve on it, allowing it to move quickly and cooled reproducibly and can be heated under the control of a processor.

Die Temperatur des Kaltpunkts wird über seine Länge konstant gehalten. Die Rate des Temperaturanstiegs (oder -abfalls) über seine gesamte Länge wird durch den Bediener gesteuert, welcher den Prozessor verwendet. Beinahe jedes Heizprofil (einschließlich einer Erhöhung, einer Flachhaltung und einer Abnahme der Temperatur) kann ausgewählt werden. Der Prozessor updatet und überwacht das Temperaturprofil jede Millisekunde. Heizraten sind sehr schnell, von 4° C pro Sekunde bis 6000° C pro Sekunde.The Temperature of the cold point is over his length kept constant. The rate of temperature rise (or drop) over its entire length becomes controlled by the operator using the processor. Nearly each heating profile (including an increase, a flat attitude and a decrease in temperature) can be selected. The processor updates and monitors the temperature profile every millisecond. Heating rates are very fast, of 4 ° C per second up to 6000 ° C per second.

Eine Isolierung des Probeneinführvorgangs von der Gaschromatographiesäule gestattet eine gleichzeitige und unabhängige Optimierung der Probeneinlassstufe und der Gaschromatographiesäulen ohne Übersprechen bzw. Beeinflussung zwischen den zwei Stufen. Die 10A-10C zeigen zwei Kaltpunkte, angeordnet in Serie und isoliert von der Gaschromatographiesäule. Der erste Kaltpunkt wird verwendet, um die Probe zu sammeln, und der zweite Kaltpunkt wird verwendet, um die Probe vor einer Analyse eng zu fokussieren. 10A zeigt das System in einer Konfiguration, welche zum Sammeln einer Probe geeignet ist. Wie gezeigt, treten das Trägergas und die Probe von dem Injektor durch das Ventil und den ersten Kaltpunkt durch, bevor sie an die Atmosphäre abgelassen werden. Zur gleichen Zeit tritt ein Trägergas durch das Ventil, den zweiten Kaltpunkt, die Säule und den Detektor durch, um diese Komponenten des Systems zu reinigen. Wie in 10B gezeigt, wird in einer Probenfokussierkonfiguration der erste Kaltpunkt geheizt, und das Ventil ist so eingestellt, dass die von dem ersten Kaltpunkt desorbierte Probe von dem zweiten Kaltpunkt gesammelt wird. Schließlich wird, wie in 10C gezeigt, in einer Probenanalysekonfiguration der zweite Kaltpunkt geheizt, so dass die von dem zweiten Kaltpunkt desorbierte Probe in die Säule eintritt. Die in den 10A-10C dargestellte Anordnung kann zum Beispiel verwendet werden, um Proben von mehreren Injektionen bei dem zweiten Kaltpunkt zu konzentrieren und zusammenzufassen und um dann die kombinierten Proben zu analysieren, um dadurch die Menge an Probe zu steigern, welche auf die Gaschromatographiesäule eingeführt wird.Isolation of the sample introduction operation from the gas chromatographic column allows for simultaneous and independent optimization of the sample inlet stage and the gas chromatography columns without crosstalk between the two stages. The 10A - 10C show two cold spots arranged in series and isolated from the gas chromatographic column. The first cold spot is used to collect the sample, and the second cold spot is used to tightly focus the sample prior to analysis. 10A shows the system in a configuration suitable for collecting a sample. As shown, the carrier gas and sample pass from the injector through the valve and the first cold spot before being vented to the atmosphere. At the same time, a carrier gas passes through the valve, the second cold spot, the column and the detector to purify these components of the system. As in 10B 2, in a sample focusing configuration, the first cold spot is heated and the valve is adjusted to collect the sample desorbed from the first cold spot from the second cold spot. Finally, as in 10C in a sample analysis configuration, the second cold spot is heated so that the sample desorbed from the second cold spot enters the column. The in the 10A - 10C For example, the illustrated arrangement may be used to concentrate and pool samples from multiple injections at the second cold spot and then to analyze the combined samples to thereby increase the amount of sample introduced to the gas chromatography column.

Die Kaltpunkte fokussieren die Probe als ein schmales Band für eine sehr rasche und reproduzierbare Einführung zu der Gaschromatographiesäule. Für die kleinsten Peak-Breiten wird der Kaltpunkt in die umgekehrte Richtung desorbiert. Ein für diese Anwendung schematischer Strom ist in den 11A-11D gezeigt. Wie gezeigt, schließt das System zwei Kaltpunkte, zwei Ventile und zwei Gaschromatographiesäulen ein, welche parallel angeordnet sind. In 11A ist das System für eine Probeneinführung konfiguriert. Weniger flüchtige Verbindungen werden durch den ersten Kaltpunkt gebunden, welcher auf 50° C gekühlt ist, wohingegen flüchtigere Verbindungen an dem zweiten Kaltpunkt gebunden werden, welcher auf 10° C gekühlt ist. Ein Trägergas wird durch die Gaschromatographiesäulen und ihre zugeordneten Detektoren geleitet, um diese Komponenten zu reinigen. In 11B wird der zweite Kaltpunkt geheizt, und das erste Ventil ist eingestellt, um eine Analyse von desorbierten Materialien von dem zweiten Kaltpunkt durch die Gaschromatographiesäule und deren zugeordneten Detektor zu gestatten. In 11C wird der erste Kaltpunkt geheizt, der zweite Kaltpunkt wird gekühlt, das erste Ventil wird gedreht, um eine Aufnahme durch den zweiten Kaltpunkt von desorbierten Materialien von dem ersten Kaltpunkt zu gestatten, und das zweite Ventil wird gedreht, um eine darauffolgende Übertragung von dem zweiten Kaltpunkt zu der zweiten Gaschromatographiesäule zu gestatten. Letztlich wird in 11D der zweite Kaltpunkt geheizt, und das erste Ventil wird eingestellt, um eine Analyse von desorbierten Materialien von dem zweiten Kaltpunkt durch die zweite Gaschromatographiesäule und deren zugeordneten Detektor zu gestatten. Typische Peak-Breiten, abhängend von dem Betrieb, können von 100-200 Millisekunden reichen. Der Bediener wählt die genaue Zeit in dem Verfahren zum raschen Einführen der Probe an die Gaschromatographiesäule aus. Da die Verbindung von Interesse in der heißen Zone der Gaschromatographiesäule typischerweise nur für ein paar Sekunden ist, können thermisch labile Verbindungen, welche normalerweise nicht für eine Gaschromatographie geeignet sind, oft analysiert werden.The cold spots focus the sample as a narrow band for very rapid and reproducible introduction to the gas chromatographic column. For the smallest peak widths, the cold spot is desorbed in the reverse direction. A schematic current for this application is in the 11A - 11D shown. As shown, the system includes two cold spots, two valves and two gas chromatography columns arranged in parallel. In 11A the system is configured for sample introduction. Less volatile compounds are bound by the first cold spot, which is cooled to 50 ° C, whereas more volatile compounds are bound to the second cold spot, which is cooled to 10 ° C. A carrier gas is passed through the gas chromatography columns and their associated detectors to purify these components. In 11B the second cold spot is heated and the first valve is set to allow analysis of desorbed materials from the second cold spot through the gas chromatographic column and its associated detector. In 11C the first cold spot is heated, the second cold spot is cooled, the first valve is rotated to allow intake by the second cold spot of desorbed materials from the first cold spot, and the second valve is rotated to allow subsequent transfer from the second cold spot to allow for the second gas chromatography column. Ultimately, in 11D the second cold spot is heated and the first valve is adjusted to allow analysis of desorbed materials from the second cold spot by the second gas chromatography column and its associated detector. Typical peak widths, depending on the operation, can range from 100-200 milliseconds. The operator selects the exact time in the process of rapidly introducing the sample to the gas chromatography column. Since the compound of interest in the hot zone of the gas chromatographic column is typically only for a few seconds, thermally labile compounds, which are not normally suitable for gas chromatography, can often be analyzed.

Wie in 12 gezeigt, können die zwei Gaschromatographiesäulen in Serie angeordnet und betrieben werden. Alternativ, wie in 13 gezeigt, mit zwei Injektoren, kann die BLITZ-GC konfiguriert sein, um zwei vollständig unterschiedliche Analysen gleichzeitig durchzuführen, um so als zwei getrennte, sehr schnelle Gaschromatographiesysteme zu dienen.As in 12 As shown, the two gas chromatography columns can be arranged and operated in series. Alternatively, as in 13 shown with two injectors, the BLITZ-GC can be configured to perform two completely different analyzes simultaneously, thus serving as two separate, very fast gas chromatography systems.

Jede Gaschromatographiesäule ist mit einem Metall umhüllt, welches es erlaubt, rasch und reproduzierbar bei Heizraten bis zu 100° C pro Sekunde geheizt zu werden. Zusätzlich zu dem raschen Heizen kann ein rasches Kühlen der Säule als Teil des Temperaturprofils verwendet werden. Zum Beispiel kann eine Chromatographie an der ersten Säule zeitweise eingefroren werden durch rasches Kühlen der Säule, während die zweite Säule ihr Hochgeschwindigkeitschromatogramm abschließt. Die erste Säule kann dann mit einem Rechteckwellenprofil beheizt werden, um ihre vorherige Temperatur wiederzuerlangen, und es kann ihr dann gestattet werden, mit ihrem Temperaturprofil fortzufahren. Zusätzlich können verschiedene Teile der ersten Säule an einem oder mehreren Kaltpunkten zusammengefasst werden, welche dann wiederum durch die zweite Säule analysiert werden können. Das Blockflussdiagramm für diese Anordnung ist in 14 gezeigt.Each gas chromatographic column is covered with a metal which allows it to be heated rapidly and reproducibly at heating rates up to 100 ° C per second. In addition to the rapid heating, rapid cooling of the column can be used as part of the temperature profile. For example, chromatography on the first column can be temporarily frozen by rapidly cooling the column while the second column completes its high speed chromatogram. The first column may then be heated with a square wave profile to regain its previous temperature, and then allowed to continue with its temperature profile. In addition, different portions of the first column may be grouped together at one or more cold spots, which in turn may then be analyzed by the second column. The block flow diagram for this arrangement is in 14 shown.

Ein zusätzlicher Vorteil der sehr schnellen Heizraten ist, dass die Gaschromatographiesäule am Ende eines jeden Chromatogramms ausgeheizt werden kann durch Heizen der Gaschromatographiesäule hoch bis zur Maximaltemperatur der Säulenmaterialien. Die Gaschromatographiesäule wird dabei vor der nächsten Analyse gereinigt. Dieses Merkmal gestattet zehntausende von Analysen pro Gaschromatographiesäule ohne Verschlechterung.One additional Advantage of the very fast heating rates is that the gas chromatography column at the end of each chromatogram can be baked by heating the gas chromatography column high up to the maximum temperature of the column materials. The gas chromatography column is doing so before the next Analysis cleaned. This feature allows tens of thousands of analyzes per gas chromatography column without deterioration.

15 bietet ein allgemeines Blockdiagramm eines Hochgeschwindigkeitsgaschromatographiesystems 500 ähnlich zu dem System 100, welches oben diskutiert wird. Hauptkomponenten des Systems schließen ein eine Trägergaszufuhr 505, einen Probenextraktor bzw. -entnehmer 510 (welcher dem Injektor 300 des Systems 100 entspricht), einen Dampfkonzentrator 515 (welcher dem Kaltpunkt 310 des Systems 100 entspricht), eine Gaschromatographiesäule 520 und einen Detektor 525. 15 provides a general block diagram of a high speed gas chromatography system 500 similar to the system 100 which is discussed above. Major components of the system include a carrier gas supply 505 , a sample extractor or extractor 510 (which the injector 300 of the system 100 corresponds), a steam concentrator 515 (which the cold point 310 of the system 100 corresponds), a gas chromatography column 520 and a detector 525 ,

Die Trägergaszufuhr 505 erzeugt ein geheiztes Trägergas und führt das Trägergas dem Probenextraktor 510 zu. Geeignete Trägergase schließen ein Luft, Wasserstoff, Helium und andere Gase, welche bezüglich den durch das System 500 verwendeten Verfahren inert sind.The carrier gas supply 505 generates a heated carrier gas and carries the carrier gas to the sample extractor 510 to. Suitable carrier gases include air, hydrogen, helium, and other gases which are introduced by the system 500 used are inert.

Der Probenextraktor 510 sieht die zu analysierende Probe vor. Die Probe kann eine Flüssigkeits- bzw. Fluid- oder eine Gasprobe sein. Alternativ kann der Probenextraktor zu analysierende Materialien enthalten, wie etwa zum Beispiel Gra nulatkörner (z.B. Getreidekörner) oder andere granulare Materialien, welche mit zu detektierenden Substanzen kontaminiert sind (z.B. Pestiziden). Wenn das geheizte Trägergas durch die zu analysierenden Materialien durchtritt, extrahiert das Trägergas eine Dampfprobe von den Materialien und fördert die Dampfprobe aus dem Probenextraktor 510 heraus.The sample extractor 510 provides the sample to be analyzed. The sample may be a fluid sample or a gas sample. Alternatively, the sample extractor may contain materials to be analyzed, such as, for example, granules (eg, cereal grains) or other granular materials contaminated with substances to be detected (eg, pesticides). As the heated carrier gas passes through the materials to be analyzed, the carrier gas extracts a vapor sample from the materials and delivers the vapor sample from the sample extractor 510 out.

Der Probenextraktor 510 ist im Wege eines Beispiels gezeigt. Die Dampfprobe und das Trägergas, zugeführt zu dem System, können durch andere geeignete Mittel präpariert werden. Zum Beispiel könnte das Trägergas über einen Metallträger geführt werden, bedeckt mit einem Gaschromatographiepolymermaterial, auf welchem organische Verbindungen vorher getrappt worden sind.The sample extractor 510 is shown by way of example. The vapor sample and the carrier gas supplied to the system may be replaced by others suitable agents are prepared. For example, the carrier gas could be passed over a metal support covered with a gas chromatography polymer material on which organic compounds have previously been trapped.

Auf ein Anregen des Probenextraktors 510 hin treten die Dampfprobe und das Trägergas durch ein Ventil 530, bevor sie in den Dampfkonzentrator 515 eintreten. Der Dampfkonzentrator 515 kann identisch oder ähnlich zu dem Kaltpunkt 310, oben diskutiert, sein. Zusätzlich kann der Dampfkonzentrator 515 von der Form sein, wie sie im US-Patent Nr. 5,098,451 gezeigt ist. In einigen Systemen könnte der Dampfkonzentrator 515 entfernt sein oder ersetzt werden durch mehrere Dampfkonzentratoren, welche aufeinanderfolgend oder parallel angeordnet sind.On a stimulating the sample extractor 510 The vapor sample and the carrier gas pass through a valve 530 before putting in the steam concentrator 515 enter. The steam concentrator 515 may be identical or similar to the cold point 310 , discussed above. In addition, the steam concentrator 515 be of the form as they are in U.S. Patent No. 5,098,451 is shown. In some systems, the steam concentrator could 515 be removed or replaced by a plurality of vapor concentrators, which are arranged sequentially or in parallel.

Im Allgemeinen kann der Dampfkonzentrator 515 aus einer kurzen Gaschromatographiesäule ausgebildet sein, welche konfiguriert ist, um rasch geheizt oder gekühlt zu werden. Zum Beispiel kann der Dampfkonzentrator aus einer Glasröhre gebildet sein, ausgekleidet mit einem Gaschromatographiematerial, geeignet, um die Substanzen von Interesse von dem Trägergasstrom zu absorbieren, und positioniert in einer Länge der Metallverrohrung mit kleinem Durchmesser (z.B. Edelstahlnadellagerverrohrung).In general, the steam concentrator 515 be formed of a short gas chromatography column, which is configured to be heated or cooled quickly. For example, the vapor concentrator may be formed of a glass tube lined with a gas chromatography material capable of absorbing the substances of interest from the carrier gas stream and positioned in a length of small diameter metal tubing (eg, stainless steel needle bearing tubing).

Wenn das Trägergas und die Dampfprobe durch den Konzentrator 515 durchtreten, wird die Dampfprobe absorbiert durch und konzentriert in dem Chroma tographiematerial, welches den Konzentrator auskleidet. Das Trägergas und jegliche verbleibende Dampfprobe werden auf ein Anregen des Konzentrators 515 hin durch ein Ventil 535 zur Atmosphäre abgeführt.When the carrier gas and the vapor sample through the concentrator 515 pass through, the vapor sample is absorbed by and concentrated in the chroma tographiematerial lining the concentrator. The carrier gas and any remaining vapor sample will be excited by the concentrator 515 through a valve 535 dissipated to the atmosphere.

Während die Dampfprobe in dem Konzentrator konzentriert wird, wird ein Trägergas von der Trägergaszufuhr 505 zu der Gaschromatographiesäule 520 durch ein Ventil 540 zugeführt. Das Trägergas reinigt die Säule 520 und führt die Säule zur Umgebungstemperatur zurück. Auf ein Anregen der Säule 520 hin wird das Trägergas durch ein Ventil 545 zur Atmosphäre abgeführt.As the vapor sample is concentrated in the concentrator, a carrier gas is released from the carrier gas supply 505 to the gas chromatography column 520 through a valve 540 fed. The carrier gas cleans the column 520 and returns the column to ambient temperature. On a stimulation of the column 520 towards the carrier gas is through a valve 545 dissipated to the atmosphere.

Die Gaschromatographiesäule 520 kann identisch oder ähnlich zu der Röhre 105 des Systems 100 sein. Eine andere geeignete Gaschromatographiesäule ist im US-Patent Nr. 5,098,451 beschrieben. Allgemein kann die Gaschromatographiesäule 520 ähnlich zu dem Konzentrator 515 ausgebildet sein, oben beschrieben, aber sie kann von einer längeren Länge sein (z.B. 1 bis 18 Meter lang). Zur Kompaktheit kann die Säule gewendelt sein als eine kompakte Helix. Ein Wendeln der Säule hilft auch, um eine Leckage der Säule aufgrund von Wärmeausdehnung zu verhindern.The gas chromatography column 520 may be identical or similar to the tube 105 of the system 100 be. Another suitable gas chromatography column is in U.S. Patent No. 5,098,451 described. In general, the gas chromatography column 520 similar to the concentrator 515 be formed as described above, but it may be of a longer length (eg 1 to 18 meters long). For compactness, the column can be coiled as a compact helix. Coiling the column also helps to prevent column leakage due to thermal expansion.

Wenn eine ausreichende Menge an Dampfprobe durch den Konzentrator 515 adsorbiert worden ist, wird der Konzentrator rasch aufgeheizt durch Anlegen eines elektrischen Stroms an die Metallröhre. Insbesondere wird der Konzentrator rasch auf eine Temperatur aufgeheizt, die ausreichend ist, um die Substanzen zu desorbieren, welche vorher durch den Konzentrator adsorbiert wurden, so dass diese Substanzen dann in den Trägergasstrom als eine konzentrierte Probe ausgestoßen werden. Die ausgestoßene bzw. ausgegebene Probe kann einen kurzen Stoß oder Stopfen bilden, welcher 25 bis 100 Millisekunden andauert. Die Temperatur, auf welche der Konzentrator 515 aufgeheizt ist, ist nicht ausreichend, um die Materialien von Interesse in der Probe zu zerlegen.When a sufficient amount of steam sample through the concentrator 515 is adsorbed, the concentrator is heated rapidly by applying an electric current to the metal tube. In particular, the concentrator is rapidly heated to a temperature sufficient to desorb the substances previously adsorbed by the concentrator so that these substances are then ejected into the carrier gas stream as a concentrated sample. The ejected sample may form a short burst or plug that lasts for 25 to 100 milliseconds. The temperature to which the concentrator 515 is not sufficient to disassemble the materials of interest in the sample.

Wenn der Konzentrator 515 aufgeheizt ist, werden die Ventile 535 und 540 zurückgesetzt, so dass das Trägergas und von dem Konzentrator desorbierte Materialien durch die Ventile durchtreten und in die Gaschromatographiesäule 520 eintreten. In der Gaschromatographiesäule 520 werden die Bestandteile der desorbierten Materialien zeitaufgelöst, so dass die unterschiedlichen Bestandteile die Gaschromatographiesäule zu unterschiedlichen Zeiten verlassen.When the concentrator 515 is heated, the valves are 535 and 540 reset so that the carrier gas and desorbed material from the concentrator pass through the valves and into the gas chromatography column 520 enter. In the gas chromatography column 520 For example, the components of the desorbed materials are time resolved so that the different components leave the gas chromatography column at different times.

Nach dem Durchtreten durch die Gaschromatographiesäule tritt der Trägergasstrom, welcher die beabstandeten Bestandteile enthält, durch das Ventil 545 hindurch und tritt in den Detektor 525 ein. Wie der Detektor 360 kann der Detektor 525 ein Flammenionisationsdetektor, ein thermischer Leitfähigkeitsdetektor oder ein anderer Detektor sein, welcher allgemein in Gaschromatographie verwendet wird. Der Detektor 525 sieht eine Indikation bzw. Bezeichnen von Dampfkonzentrationen zu unterschiedlichen Zeiten vor. Da die für unterschiedliche Materialien zum Durchwandern durch die Gaschromatographiesäule erforderliche Zeit bekannt ist, kann die relative Konzentration eines bestimmten Materials in der Probe bestimmt werden durch Untersuchen des Signals, welches durch den Detektor zu einer Zeit erzeugt wird, welche diesem Material entspricht.After passing through the gas chromatographic column, the carrier gas stream containing the spaced components passes through the valve 545 through and enters the detector 525 one. Like the detector 360 can the detector 525 a flame ionization detector, a thermal conductivity detector or other detector commonly used in gas chromatography. The detector 525 provides an indication or designation of vapor concentrations at different times. Since the time required for different materials to pass through the gas chromatographic column is known, the relative concentration of a particular material in the sample can be determined by examining the signal generated by the detector at a time corresponding to that material.

In einigen Fällen kann der Detektor 525 einen Pyrolyseprobengeber einschließen, welcher bestimmte Bestandteile des Probendampfs in Verbindungen zerbricht, welche einfacher durch den Detektor detektierbar sind, während er andere Bestandteile unangetastet lässt. Wenn zum Beispiel das System konfiguriert ist, um Stickstoffverbindungen zu detektieren, kann der Detektor einen Pyrolyseprobengeber einschließen, welcher konfiguriert ist, um Stickstoffverbindungen in Stickoxide aufzubrechen.In some cases, the detector can 525 a pyrolysis sampler which breaks certain components of the sample vapor into compounds which are more easily detectable by the detector while leaving other components untouched. For example, if the system is configured to detect nitrogen compounds, the detector may include a pyrolysis sampler configured to break nitrogen compounds into nitrogen oxides.

Die Ventile 530, 535 und 540 können zusammengeschlossen werden, um gleichzeitig betrieben zu werden, oder sie können ausgebildet sein aus einem einzelnen Hochgeschwindigkeits-Zwei-Wege-Ventil 550 mit 6 Anschlüssen, wie in den 16A und 16B gezeigt. Das Ventil 550 ist ein Drehschaltventil, welches zwei Posi tionen (A und B) hat, zwischen welchen das Ventil in so wenig wie 50 bis 150 Millisekunden geändert werden kann.The valves 530 . 535 and 540 can together be operated to operate simultaneously, or they may be formed of a single high-speed two-way valve 550 with 6 connections, as in the 16A and 16B shown. The valve 550 is a rotary switch valve which has two positions (A and B) between which the valve can be changed in as little as 50 to 150 milliseconds.

Das Ventil 550 weist sechs Anschlüsse auf, welche durch Zahlen 1 bis 6 bezeichnet sind. Der Auslass des Probenextraktors 510 ist an Anschluss 1 verbunden. Der Dampfkonzentrator 515 ist zwischen den Anschlüssen 2 und 5 verbunden. Die Gaschromatographiesäule 520 ist an Anschluss 3 verbunden. Die Trägergaszufuhr 505 ist an Anschluss 4 verbunden, und die Verbindung an Anschluss 6 ist zur Atmosphäre entlüftet.The valve 550 has six terminals, which are designated by numbers 1 to 6. The outlet of the sample extractor 510 is connected to port 1. The steam concentrator 515 is connected between the terminals 2 and 5. The gas chromatography column 520 is connected to port 3. The carrier gas supply 505 is connected to port 4 and the connection to port 6 is vented to the atmosphere.

In Position A, wie in 16A gezeigt, verbindet das Ventil 550 die Anschlüsse 1 und 2, die Anschlüsse 3 und 4 und die Anschlüsse 5 und 6 miteinander. Mit dieser Anordnung ist der Ausgang des Probenextraktors 510 (durch die Anschlüsse 1 und 2) zu einem Ende des Konzentrators 515 verbunden, und das andere Ende des Konzentrators 515 ist zur Atmosphäre entlüftet (durch Anschlüsse 5 und 6). Somit werden Dampfproben in dem Konzentrator 515 konzentriert, wenn das Ventil in Position A ist. Zur gleichen Zeit ist die Gaschromatographiesäule 520 (durch die Anschlüsse 3 und 4) mit der Quelle des Trägergases 505 verbunden, so dass das Trägergas die Säule 520 reinigt.In position A, as in 16A shown connects the valve 550 the terminals 1 and 2, the terminals 3 and 4 and the terminals 5 and 6 with each other. With this arrangement, the output of the sample extractor 510 (through ports 1 and 2) to one end of the concentrator 515 connected, and the other end of the concentrator 515 is vented to the atmosphere (through ports 5 and 6). Thus, vapor samples become in the concentrator 515 concentrated when the valve is in position A. At the same time is the gas chromatography column 520 (through ports 3 and 4) to the source of carrier gas 505 connected so that the carrier gas the column 520 cleans.

Nachdem eine ausreichende Probe durch den Konzentrator 515 gesammelt worden ist, was auftreten kann in so wenig wie 1 bis 10 Sekunden, wird das Ventil 550 zur Position B, gezeigt in 16B, umgeschaltet. In dieser Position verbindet das Ventil 550 die Anschlüsse 1 und 6, die Anschlüsse 2 und 3 und die Anschlüsse 4 und 5 miteinander. Demgemäß werden das Trägergas und die Dampfproben von dem Probenextraktor 510 zur Atmosphäre durch die Anschlüsse 1 und 6 entlüftet. Auch tritt das Trägergas von der Trägergaszufuhr 505 in den Dampfkonzentrator 515 ein (durch die Anschlüsse 4 und 5) und tritt, auf das Austreten aus dem Konzentrator hin, in die Gaschromatographiesäule 520 (durch Anschlüsse 2 und 3) und den Detektor 525 ein. Wenn das Ventil 550 in Position B ist, wird die Richtung des Flusses durch den Konzentrator 515 bezüglich der Richtung des Flusses umgedreht, wenn das Ventil in Position A ist. Falls gewünscht, kann ein zweiter Konzentrator zwischen dem Anschluss 3 und der Gaschromatographiesäule 520 zwischengeordnet sein.After a sufficient sample through the concentrator 515 has been collected, which can occur in as little as 1 to 10 seconds, the valve will 550 to position B, shown in FIG 16B , switched. In this position the valve connects 550 the terminals 1 and 6, the terminals 2 and 3 and the terminals 4 and 5 with each other. Accordingly, the carrier gas and the vapor samples from the sample extractor 510 vented to the atmosphere through ports 1 and 6. Also, the carrier gas enters from the carrier gas supply 505 in the steam concentrator 515 on (through ports 4 and 5) and, upon exiting the concentrator, enters the gas chromatography column 520 (through ports 2 and 3) and the detector 525 one. When the valve 550 is in position B, the direction of the flow through the concentrator 515 reversed with respect to the direction of the flow when the valve is in position A. If desired, a second concentrator may be placed between port 3 and the gas chromatographic column 520 be interposed.

Sobald das Ventil 550 von Position A in Position B umgeschaltet ist, wird der Konzentrator 515 rasch unter Steuerung eines Computers aufgeheizt. Als Ergebnis werden Dampfproben, welche vorher durch die Auskleidung des Konzentrators 515 adsorbiert worden sind, desorbiert und zu der Gaschromatographiesäule 520 in einem engen Stopfen mit guter räumlicher Kohärenz transferiert.As soon as the valve 550 Switched from position A to position B, the concentrator 515 heated up quickly under the control of a computer. As a result, vapor samples, previously through the lining of the concentrator 515 adsorbed and desorbed and to the gas chromatography column 520 transferred in a tight plug with good spatial coherence.

Dämpfe, welche aus der Gaschromatographiesäule 520 austreten, werden dem Detektor 525 zugeführt. Die Ausgabe des Detektors 525 kann einem Host-Computer (nicht gezeigt) zugeführt werden zur graphischen Anzeige der Bestandteile der durch den Detektor analysierten Probe.Vapors released from the gas chromatographic column 520 leak, become the detector 525 fed. The output of the detector 525 may be supplied to a host computer (not shown) for graphically displaying the components of the sample analyzed by the detector.

Die Ventile 530, 535, 540 und 545 (oder das Ventil 550 mit 6 Anschlüssen) können zusammen mit dem Dampfkonzentrator 515 und dem Detektor 525 in einem geerdeten, isolierten Gehäuse oder Ofen beherbergt sein. Der Ofen dient dazu, die Ventile, die Verrohrung, welche sie verbindet, und den Detektor heiß genug zu halten, dass die Dämpfe von der Probe wirksam transportiert werden und nicht an Oberflächen der Systemkomponenten anhaften. Die geeignete Temperatur des Ofens, welche ausgewählt wird, um einen wirksamen Transport ohne ein Aufbrechen der Verbindungen von Interesse vorzusehen, variiert mit dem zu analysierenden Material und liegt typischerweise im Bereich von 150-300° C.The valves 530 . 535 . 540 and 545 (or the valve 550 with 6 connections) can be used together with the steam concentrator 515 and the detector 525 be housed in a grounded, insulated enclosure or oven. The purpose of the oven is to keep the valves, the tubing that connects them, and the detector hot enough so that the vapors from the sample are effectively transported and do not adhere to surfaces of the system components. The suitable temperature of the furnace selected to provide efficient transport without disruption of the compounds of interest varies with the material to be analyzed and is typically in the range of 150-300 ° C.

Verschiedene Verbesserungen im Betrieb und der Struktur von Gaschromatographiesystemen sehr hoher Geschwindigkeit, wie etwa den Systemen, die in den 1 und 15 gezeigt sind, und ähnlichen Systemen, welche mehrere Gaschromatographiesäulen und Dampfkonzentratoren aufweisen, werden unten diskutiert. Solche Verbesserungen, insbesondere der Heizung, Kühlung und Konstruktion der Gaschromatographiesäulen und Konzentratoren, bieten eine verbes serte Steuerung der Gaschromatographieanalysen. Als Ergebnis gestatten die Verbesserungen eine rasche und genaue Analyse der Inhalte der aufeinanderfolgenden Dampfproben. In der folgenden Diskussion gilt eine Bezugnahme auf das Heizen und Kühlen von Gaschromatographiesäulen gleichzeitig auch für die Gaschromatographiesäulen, welche bei der Probenanalyse verwendet werden, und die Gaschromatographiesäulen, welche in den Dampfkonzentratoren enthalten sind.Various improvements in the operation and structure of very high speed gas chromatography systems, such as the systems incorporated in the 1 and 15 and similar systems having multiple gas chromatography columns and vapor concentrators are discussed below. Such improvements, in particular the heating, cooling and construction of the gas chromatography columns and concentrators, provide improved control of the gas chromatographic analyzes. As a result, the improvements allow rapid and accurate analysis of the contents of the successive vapor samples. In the following discussion, reference will also be made to the heating and cooling of gas chromatography columns simultaneously for the gas chromatography columns used in the sample analysis and the gas chromatography columns included in the vapor concentrators.

Die GaschromatographiesäuleThe gas chromatography column

Im Allgemeinen sollte eine Gaschromatographiesäule, welche rasch aufgeheizt wird, kontinuierlich sein, und sie sollte nicht irgendwelche Verbindungen, wie etwa von Röhre-zu-Röhre- oder von Röhre-zu-Ventil-Verbindungen, einschließen. Eine Verbindung tendiert dazu, dass sie eine erhöhte Masse aufweist, welche sich nicht-gleichmäßig während einer raschen, dynamischen Aufheizung erwärmt. Diese nicht-gleichmäßige Aufheizung kann zu Gasleckagen an der Verbindung (ihren, welche schwierig zu finden sind und wiederum zu einer ungenauen Chromatographie führen können. Leckagen können vollständig vermieden werden durch dynamisches Heizen einer einzelnen Röhre ohne Verbindungen und, wie oben mit Bezug auf 1 diskutiert, ein Anordnen aller Verbindungsteile und Verbindungen in einem isothermen Ofen.In general, a gas chromatography column that is heated rapidly should be continuous, and should not include any connections, such as tube-to-tube or tube-to-valve connections. A compound tends to have an increased mass which heats non-uniformly during rapid, dynamic heating. This non-uniform heating can lead to gas leaks at the connection (which is difficult to and in turn can lead to inaccurate chromatography. Leaks can be completely avoided by dynamically heating a single tube with no connections and, as above with respect to 1 discussing arranging all connectors and connections in an isothermal furnace.

Wie oben angemerkt, kann die Metallhülse, welche die Gaschromatographiesäule umgibt, als die Gaschromatographiesäule verwendet werden. Um dies zu erreichen, muss das Innere der Metallröhre deaktiviert, passiviert oder anders beschichtet sein, so wie es vorgenommen ist für J&W ProSteel- oder Alltech SilcoSteel-Verrohrung oder für eine mit Glas auskleidete Röhre. Sobald die innere Oberfläche der Metallröhre richtig behandelt worden ist, wird eine stationäre Gaschromatographiephase direkt an der inneren Oberfläche angebracht. Elektrische Verbindungen können direkt mit der Metallröhre so hergestellt werden, dass die Röhre widerstandsgeheizt werden kann. Die Verwendung einer Metallröhre als die Säule bietet einen direkteren Wärmetransfer zu der stationären Phase, da störende Schichten von Luft und anderen Materialien entfernt sind.As noted above, the metal sleeve, which the gas chromatography column surrounds when using the gas chromatographic column. To this To reach, the inside of the metal tube must be deactivated, passivated or otherwise coated as intended for J & W ProSteel or Alltech SilcoSteel piping or for a glass-lined tube. Once the inner surface the metal tube has been treated correctly, becomes a stationary gas chromatography phase directly on the inner surface appropriate. Electrical connections can be made directly with the metal tube like this be that tube can be heated by resistance. The use of a metal tube as the Pillar offers a more direct heat transfer to the stationary one Phase, since disturbing Layers of air and other materials are removed.

Ein Problem, welches mit der Verwendung einer Metallröhre wie etwa einer ProSteel-Röhre oder einer SilcoSteel-Röhre zusammenhängt, ist, dass der Widerstand der Röhre sehr niedrig ist, was zu Schwierigkeiten beim Messen von Änderungen im Widerstand aufgrund von Temperaturänderungen führen kann. Um dieses Problem zu beheben, kann die Außenseite der Metallröhre mit einer dünnen Schicht einer elektrischen Isolation (z.B. Polyamid) beschichtet sein, auf welcher eine dünne Schicht von Metall (z.B. Nickel) beschichtet ist. Die dünne äußere Schicht des Metalls würde zu einer verhältnismäßig großen Änderung im Widerstand mit der Temperatur führen, und der Widerstand der dünnen äußeren Schicht könnte als eine Messgröße der Temperatur der inneren, durch Widerstand geheizten Metallröhre überwacht werden. Die Verwendung einer separaten Metallschicht zum Messen des Widerstands wird auch die Schaltung vereinfachen, welche zur Steuerung des Heizen der Metallröhre verwendet wird.One Problem with using a metal tube like about a ProSteel tube or a SilcoSteel tube related, is that the resistance of the tube is very low, causing difficulty in measuring changes can result in resistance due to temperature changes. To this problem can fix the outside the metal tube with a thin layer an electrical insulation (e.g., polyamide) which is a thin one Layer of metal (e.g., nickel) is coated. The thin outer layer of the metal would to a relatively big change in the resistance with the temperature, and the resistance of the thin outer layer could as a measure of the temperature of the internal, resistively heated metal tube to be monitored. The usage a separate metal layer for measuring the resistance will also simplify the circuit which is used to control the heating of the metal tube is used.

Ein alternativer Ansatz zur Verwendung einer Metallhülse, um die Gaschromatographiesäule zu heizen, welcher kein Teil der vorliegenden Erfindung ist, ist es, die Gaschromatographiesäule mit einem Draht zu umwickeln und den Draht widerstandszuheizen. Dies kann auf verschiedene Arten realisiert werden. Als erstes kann der Draht direkt auf die Gaschromatographiesäule gewickelt werden. Als zweites kann der Draht um eine dünnwandige, nicht-leitende Hülse gewickelt werden, in welcher die Säule positioniert ist, was ein rasches Ersetzen der Gaschromatographiesäule erlauben würde. Als drittes kann der Draht innerhalb einer nicht-leitenden Hülse positioniert werden, welche auch eine Gaschromatographiesäule enthält, was die thermische Barriere zwischen dem Draht und der Gaschromatographiesäule verringern würde.One alternative approach of using a metal shell to heat the gas chromatographic column, which is not part of the present invention is to use the gas chromatographic column with Wrap around a wire and heat the wire. This can be realized in different ways. First, the Wire are wound directly onto the gas chromatography column. Second, you can the wire around a thin-walled, non-conductive sleeve be wrapped, in which the column is positioned, what a would allow rapid replacement of the gas chromatographic column. When third, the wire may be positioned within a non-conductive sleeve which also contains a gas chromatographic column, which is the thermal barrier between the wire and the gas chromatography column.

In einem anderen alternativen Ansatz, welcher kein Teil der vorliegenden Erfindung ist, ist die Säule direkt mit leitendem Metall beschichtet, welches dann durch Widerstand geheizt wird, um die Säule zu heizen. Dies eliminiert den Luftspalt (und die sich ergebende Verzögerung im Wärmeübertrag) zwischen dem beheizten Metall und der Säule. Gaschromatographiesäulen sind vorher direkt mit Metall beschichtet worden, vor allem Aluminium, um den nützlichen Temperaturbereich der Säulen zu erweitern. Obwohl diese Ansätze verfolgt worden sind, um mit Aluminium ausgekleidete Kapillarsäulen widerstandszuheizen, sind diese Ansätze fehlgeschlagen, da Aluminium dazu tendiert zu oxidieren und da die Dicke der Aluminiumbeschichtung nicht ausreichend gleichmäßig über die Länge der Säule war. Beide dieser Bedingungen führten zu „Heißpunkten" und einer nicht-gleichmäßigen Erwärmung der Säule. Die Gleichmäßigkeit der Metallschichtdicke kann erhöht werden durch Aufbringen der Metallschicht direkt auf das geschmolzene Siliziumdioxid der Säule. Eine Oxidation kann vermieden werden durch Beschichtung des Aluminiums mit einer Schicht von Polymer.In another alternative approach, which is not part of the present Invention is the column coated directly with conductive metal, which is then resisted is heated to the column to heat. This eliminates the air gap (and the resulting delay in heat transfer) between the heated metal and the column. gas chromatography columns were previously coated directly with metal, especially aluminum, for the useful Temperature range of the columns to expand. Although these approaches been tracked to resist heating aluminum-lined capillary columns, are these approaches failed because aluminum tends to oxidize and there the thickness the aluminum coating is not sufficiently even over the Length of Pillar was. Both of these conditions resulted to "hot spots" and a non-uniform heating of Pillar. The uniformity the metal layer thickness can be increased by applying the metal layer directly to the molten silica the column. Oxidation can be avoided by coating the aluminum with a layer of polymer.

Heizen und Kühlen der GaschromatographiesäuleHeating and cooling of the gas chromatography column

Der Schlüssel zu einer Hochgeschwindigkeitsgaschromatographie liegt im sehr raschen Heizen und Kühlen der Säule. Zu diesem Zweck müssen die thermische Masse der Säule und die thermische Masse, welche zusammen mit der Säule geheizt werden muss, so klein wie möglich gehalten werden. Zusätzlich zu der oben diskutierten elektrischen Heiztechnik können auch andere Techniken zum Heizen der Gaschromatographiesäulen verwendet werden.Of the key to a high-speed gas chromatography is very fast Heating and cooling the column. For this purpose, the thermal mass of the column and the thermal mass, which is heated together with the column must be as small as possible being held. additionally to the electric heating technology discussed above can also used other techniques for heating the gas chromatography columns become.

Heiztechnikenheating technologies

Eine Technik verwendet Infrarotstrahlung, um die Gaschromatographiesäule zu heizen. Bei dieser Technik wird die Säule mit einem Material beschichtet, welches eine Wellenlänge von infraroter Energie absorbiert, welche durch eine Infrarotquelle emittiert wird. Eine Energie von der Infrarotquelle wird auf die Säule so fokussiert, dass die Säule die Energie absorbiert und durch die absorbierte Energie aufgeheizt wird. Ein Vorteil dieser Technik ist es, dass ein Strahlungswärmeüber trag beinahe unmittelbar (d.h. mit Lichtgeschwindigkeit) erfolgt und dass die einzige Zeitverzögerung, welche mit dieser Technik verbunden ist, aus einem Heizen der Glas- oder Quartzverrohrung der Gaschromatographiesäule herrühren würde, sobald die Energie durch das Beschichtungsmaterial absorbiert worden ist.A Technique uses infrared radiation to heat the gas chromatography column. In this technique, the column becomes coated with a material having a wavelength of absorbed by infrared energy emitted by an infrared source becomes. Energy from the infrared source is focused on the column so that the pillar the energy is absorbed and heated up by the absorbed energy becomes. An advantage of this technique is that a radiant heat transfer occurs almost immediately (i.e., at the speed of light) and that the only time delay, which is associated with this technique, from heating the glass or quartz tubing of the gas chromatographic column would result as soon as the energy passes through the coating material has been absorbed.

Eine andere Technik verwendet Mikrowellenenergie, um die Säule zu heizen. Die Säule wird mit einem Material beschichtet, welches Mikrowellenenergie absorbiert, und wird daraufhin rasch durch Aussetzen mit Mikrowellen von einer Mikrowellenquelle aufgeheizt. Zum Beispiel kann ein dünner Metallfilm an der Außenseite der Glas- oder Quartzverrohrung der Säule platziert sein. Dieser Metallfilm absorbiert die Mikrowellenenergie, um die Säule aufzuheizen. Ein Abkühlen wird erreicht durch Blasen von Luft über die Oberfläche der Säule.A another technique uses microwave energy to heat the column. The pillar is coated with a material containing microwave energy absorbed, and then rapidly by exposure to microwaves heated by a microwave source. For example, a thin metal film may be on the outside be placed in the glass or quartz tubing of the column. This Metal film absorbs the microwave energy to heat the column. One cooling down is achieved by blowing air over the surface of the Pillar.

Funkfrequenzen, wie sie etwa verwendet werden, um Metall zum Schweißen zu erhitzen, können verwendet werden, um die Säule zu erhitzen. Eine Wendel ist um die Säule platziert, und Hochfrequenzfunkenergie wird an die Wendel angelegt. Diese Technik ist extrem schnell und erfordert keine große thermische Masse. Ein Abkühlen wird erreicht durch Blasen von Luft über die Oberfläche der Säule.Radio frequencies, how they are used to heat metal for welding, can used to the pillar to heat. A helix is placed around the pillar and high frequency spark energy is applied to the helix. This technique is extremely fast and does not require a big one thermal mass. A cooling is achieved by blowing air over the surface of the Pillar.

Eine zusätzliche Heiztechnik ist es, Elektronen auf die Oberfläche der Säule so abzufeuern, dass der Einschlag der Elektronen ein rasches Aufheizen bewirkt. Diese Technik würde insbesondere geeignet sein bei Säulen kürzerer Länge.A additional Heating technology is to fire electrons on the surface of the column so that the Impact of the electrons causes rapid heating. This technique would be particularly suitable be with pillars shorter Length.

Ein Laserheizen kann erreicht werden durch Verwendung der Quartzröhre der Säule als ein Lichtpfad, entlang welchem Infrarotenergie von einem Laser transmittiert wird. Beschichtungen innerhalb der Säule werden unmittelbar und rasch aufgeheizt aufgrund der Absorption von einiger der Laserenergie.One Laser heating can be achieved by using the Quartz tube of the Pillar as a light path along which infrared energy from a laser transmits becomes. Coatings within the column become immediate and rapidly heated due to the absorption of some of the laser energy.

Verbrennungswärme kann eingesetzt werden unter Verwendung von Erdgas oder Propanbrennstoffen, um ein rasches Heizen zu erreichen. Die Säule kann durch Anlegen einer Flamme direkt an der Säule aufgeheizt werden oder durch Versehen der Säule mit einer katalytischen Oberfläche. Zum Beispiel kann die Außenseite der Säule mit einem katalytischen Material beschichtet sein, so dass ein Gas oder eine andere reaktive Verbindung, welche über die katalytische Oberfläche strömt, absorbiert wird und zerlegt wird, um Wärme zu erzeugen, welche zu der Säule übertragen wird. Die Säule wird gekühlt durch Abschalten des Stroms von Gas und Leiten von Luft über die Oberfläche der Säule.Heat of combustion can be used using natural gas or propane fuels, to achieve a rapid heating. The column can be replaced by applying a Flame directly at the column be heated or by providing the column with a catalytic Surface. For example, the outside can the column be coated with a catalytic material, so that a gas or another reactive compound which flows over the catalytic surface, absorbed becomes and is decomposed to heat which transmit to the column becomes. The pillar is cooled by Turning off the flow of gas and passing air over the surface the column.

Ein Hochdruckdampf kann verwendet werden, um Wärme rasch zu der Säule zu übertragen. Diese Technik verwendet konzentrische Röhren, bei welchen die äußere Röhre einen Hochdruckdampf enthält und die innere Röhre die Säule enthält (oder ist). Diese Technik würde einen getrennten Erhitzer und ein Drucksystem plus die Rohrleitungen erfordern, welche nötig sind, um den Dampf zu führen.One High pressure steam can be used to rapidly transfer heat to the column. These Technique uses concentric tubes in which the outer tube has a Contains high pressure steam and the inner tube the pillar contains (or is). This technique would a separate heater and a pressure system plus the piping require which needed are to lead the steam.

Kühltechnikencooling techniques

Zusätzlich zum Heizen der Säule während einem Analysezyklus muss das System in der Lage sein, die Säule auf eine gewünschte Gleichgewichtstemperatur zu kühlen, bevor der Analysezyklus initialisiert wird. Die Zeitdauer, welche erforderlich ist, um dieses Kühlen zu erreichen, auf welche als die Erholungszeit Bezug genommen werden kann, sollte kurz sein, um einen großen Probendurchsatz zu bieten. Zusätzlich ist es oft wünschenswert, eine reproduzierbare Starttemperatur zu haben. Falls die Kühltechnik schnell genug ist, kann es ausreichen, die Säule zu kühlen, möglicherweise unter die gewünschte Temperatur, und dann die Temperatur auf die gewünschte Starttemperatur genau vor dem Initialisieren des Analysezyklus anzuheben.In addition to Heating the column during one Analysis cycle, the system must be able to put the column on a desired one To cool equilibrium temperature, before the analysis cycle is initialized. The length of time which is necessary to this cooling which are referred to as the recovery time can, should be short, to provide a large sample throughput. In addition is it is often desirable to have a reproducible starting temperature. If the cooling technology fast enough, it may be sufficient to cool the column, possibly below the desired temperature, and then the temperature to the desired starting temperature exactly before initializing the analysis cycle.

Das Fehlen einer wirksamen Kühltechnik ist ein Hindernis gewesen, um eine wirkliche Hochgeschwindigkeitsgaschromatographie zu erreichen. Insbesondere können es Hochgeschwindigkeitsgaschromatographiesysteme erfordern, Ergebnisse wiederholt in weniger als 5 bis 30 Sekunden zu erhalten. Da die Temperatur der Säule zwischen aufeinanderfolgenden Analysen verringert werden muss, müssen die Kühlmechanismen in der Lage sein, die Säule in wesentlich weniger als der Analysewiederholzeit zu kühlen. Zum Beispiel muss nach einem Ablauf eines temperaturprogrammierten oder Hochtemperaturchromatogramms die Gaschromatographiesäule zu ihrer ursprünglichen, niedrigen (üblicherweise Umgebungs-) Temperatur zurückkehren, bevor die nächste Probe analysiert werden kann. Vorher ist diese Temperaturverringerung erreicht worden durch Blasen von Umgebungsluft oder gekühlter Luft oder anderem Gas (wie etwa Trägergas) über die Gaschromatographiesäule unter Verwendung eines Ventilators oder Gebläses. Jedoch weisen solche Ventilatoren und Gebläse üblicherweise eine Trägheit auf, welche bewirkt, dass sie für ein paar Sekunden leerlaufen, nachdem sie abgeschaltet wurden. Dies hat zu einigen Sekunden Verzögerung vor einer Analyse der nächsten Probe geführt. Wenn Probenraten der Größenordnung von mehreren Proben pro Minute gewünscht sind, kann diese Verzögerung die Rate, bei welcher die Proben verarbeitet werden können, wesentlich verringern.The Lack of effective cooling technology has been a hindrance to a real high-speed gas chromatography to reach. In particular, you can high-speed gas chromatography systems require results repeatedly in less than 5 to 30 seconds to get. Because the Temperature of the column between successive analyzes must be reduced cooling mechanisms to be able to use the pillar to cool in much less than the analysis repetition time. To the Example must be after a temperature programmed or expiration High-temperature chromatogram, the gas chromatography column to her original, low (usually ambient) Return temperature, before the next Sample can be analyzed. Before this temperature reduction achieved by blowing ambient air or cooled air or other gas (such as carrier gas) over the gas chromatography column using a fan or blower. However, such fans have and blowers usually an inertia on which causes them for idle for a few seconds after being turned off. This has a few seconds delay before analyzing the next one Tested. If sample rates of the order of magnitude of several samples per minute are desired, this delay can be the Rate at which the samples can be processed significantly reduce.

Mehrere Techniken sind verwendet worden, um die Gaschromatographiesäulen mit ausreichenden Raten zu kühlen. Allgemein schließen diese Techniken entweder ein Blasen von verhältnismäßig kalter Luft über die Säule ein oder ein thermisches Koppeln der Säule an ein anderes Element, welches entweder kalt ist, um damit zu beginnen, oder welches sehr rasch gekühlt werden kann.Several Techniques have been used to control the gas chromatographic columns sufficient rates to cool. General close these techniques either blow relatively cold air over the air Column or thermal coupling of the column to another element, which is either cold to start, or which is very cooled quickly can be.

Eine Technik verwendet flüssigen Stickstoff als Kühlmechanismus. Flüssiger Stickstoff ist deutlich kälter als Umgebungsluft, was zu einer sehr großen Temperaturdifferenz und zu einer extrem raschen Kühlung führt. Flüssiger Stickstoff kann verwendet werden durch Blasen des sehr kalten Stickstoffs, wobei die Flüssigkeit über der zu kühlenden Säule verdampft, und Verwenden einfacher Klappen, um den Strom von kaltem Stickstoff an- oder auszuschalten. Flüssiger Stickstoff kann auch verwendet werden durch Pumpen des flüssigen Stickstoffs durch einen kalten Block ähnlich dem Aluminiumblock, welcher oben bezüglich 9 diskutiert wurde. Wenn man flüssigen Stickstoff verwendet, muss Sorge getragen werden, Wasserkondensation an einer Behinderung des Betriebs des Systems zu hindern.One technique uses liquid nitrogen as a cooling mechanism. Liquid nitrogen is German colder than ambient air, which leads to a very large temperature difference and extremely rapid cooling. Liquid nitrogen can be used by blowing the very cold nitrogen, vaporizing the liquid over the column to be cooled, and using simple flaps to turn the flow of cold nitrogen on or off. Liquid nitrogen can also be used by pumping the liquid nitrogen through a cold block similar to the aluminum block above 9 was discussed. When using liquid nitrogen, care must be taken to prevent water condensation from interfering with the operation of the system.

Eine andere Technik bezieht sich auf adiabatisches Kühlen, was das Kühlen eines Gases ist, welches von einer Expansion des Gases herrührt. Adiabatisches Kühlen kann erreicht werden, indem eine Gasflasche oder ein Kompressor und komprimierte Luft verwendet werden und es dem komprimierten Gas erlaubt wird, in gesteuerter Art und Weise zu expandieren.A other technique refers to adiabatic cooling, which is the cooling of a Gas is, which results from an expansion of the gas. adiabatic Cool Can be achieved by using a gas cylinder or a compressor and compressed air and compressed gas is allowed to expand in a controlled manner.

Wie oben mit Bezug auf 9 diskutiert, können Peltier-Kühler verwendet werden, um die Gaschromatographiesäule zu kühlen. Eine dünne Beschichtung von isolierendem Material kann verwendet werden, um einen thermischen „Kurzschluss" zwischen der Säule und dem Aluminiumblock oder einer anderen thermischen Masse, gekühlt durch die Peltier-Kühler, zu verhindern. Es gibt einen Kompromiss zwischen der Dicke des isolierenden Materials, der Erholzeit und der Leistung, welche erforderlich ist, um die Säule zu heizen. Eine Verringerung der Dicke der Isolation verringert die Erholzeit, aber erhöht die Leistung, welche auf die Säule aufgebracht werden muss, um den Wärmeverlust an den Aluminiumblock zu überwinden, wenn die Säule geheizt wird. Im Allgemeinen erhöht sich die Anwendbarkeit einer Verwendung von Peltier-Kühlern, wenn die Säule eine kurze Säule ist, wie sie in einem Dampfkonzentrator eingesetzt wird, da eine kurze Säule leicht in einem kalten Block montiert sein kann, der durch einen Peltier-Kühler gekühlt ist. Obwohl Gaschromatographiesäulen, welche zur Probenanalyse verwendet werden, auch durch ihr Montieren in einem kalten Block gekühlt werden könnten, wäre ein komplizierterer Kaltblock erforderlich, da diese Säulen typischerweise länger sind und in einer gewendelten Art und Weise gewunden sind.As above with respect to 9 discussed, Peltier coolers can be used to cool the gas chromatography column. A thin coating of insulating material may be used to prevent a thermal "short circuit" between the column and the aluminum block or other thermal mass cooled by the Peltier coolers Recovery time and the power required to heat the column Reducing the thickness of the insulation reduces recovery time, but increases the power that must be applied to the column to overcome the heat loss to the aluminum block when the column In general, the applicability of using Peltier coolers increases when the column is a short column, as used in a vapor concentrator, since a short column can be easily mounted in a cold block, which is protected by a Peltier Although gas chromatography columns used for sample analysis are also cooled H could be cooled by mounting them in a cold block, a more complex cold block would be required as these columns are typically longer and wound in a coiled fashion.

Eine Technik zum Verwenden von Peltier-Kühlern, um eine Gaschromatographiesäule zu kühlen, ist es, Strahlungsrippen in einem isolierten Ofen einzusetzen, welcher die Gaschromatographiesäule enthält. Diese Rippen werden dann unter Verwendung von Peltier-Kühlern gekühlt. Wenn ein Kühlen der Säule gewünscht ist, wird ein Umwälzventilator aktiviert, um die Säule der Luft auszusetzen, welche durch die Peltier-Kühler gekühlt ist. Der Umwälzventilator wird ausgeschaltet, wenn die Säule aufgeheizt wird.A Technology for using Peltier coolers to cool a gas chromatographic column is to use radiation fins in an insulated oven, which the gas chromatography column contains. These ribs are then cooled using Peltier coolers. If a cooling the column required is, becomes a circulating fan activated to the column exposed to the air, which is cooled by the Peltier cooler. The circulating fan will turn off when the pillar is heated.

Die Kühlrate für eine gegebene Analyse kann bestimmt werden basierend auf der Kühlkapazität des Kühlblocks (d.h. der Kühlkapazität der Peltier-Kühler) und der Temperaturdifferenz zwischen dem Kühlblock und der zu kühlenden Säule. Demzufolge ist die Anzahl an Proben, welche in einer gegebenen Menge an Zeit analysiert werden können, direkt proportional zur Kühlkapazität der Peltier-Kühler. Ähnliche Ergebnisse können erreicht werden unter Verwendung eines Standardkühlsystems mit einem Freon-Typ-Kältemittel. Jedoch sind Peltier-Kühler einfacher und tendenziell zuverlässiger. Diese Arten von Kühlsystemen sind am wirksamsten, wenn die Säule oder ein Dampfkonzentrator auf eine Temperatur unterhalb der Umgebungstemperatur gekühlt werden müssen.The cooling rate for one The given analysis can be determined based on the cooling capacity of the cooling block (i.e., the cooling capacity of the Peltier coolers) and the temperature difference between the cooling block and to be cooled Pillar. As a result, the number of samples that are in a given amount can be analyzed in time, directly proportional to the cooling capacity of the Peltier cooler. Similar Results can can be achieved using a standard refrigeration system with a freon-type refrigerant. However, Peltier coolers are easier and tends to be more reliable. These types of cooling systems are most effective when the column or a vapor concentrator to a temperature below the ambient temperature chilled Need to become.

Auch Wasser kann als Kältemittel verwendet werden, und es kann mit Frostschutz kombiniert werden, wenn ein Kühlen unter die Gefriertemperatur des Wassers gewünscht ist. Zum Beispiel können Wasser oder eine Frostschutzlösung gekühlt werden unter Verwendung eines Kühlsystems und dann durch oder um die zu kühlenden Komponenten gepumpt werden.Also Water can be used as a refrigerant can be used, and it can be combined with antifreeze, if a chill below the freezing temperature of the water is desired. For example, water can or an antifreeze solution chilled be using a cooling system and then through or around the one to be cooled Components are pumped.

Wenn Umgebungstemperaturen oder Temperaturen leicht über einer Umgebung gewünscht sind, kann Luftkonvektion verwendet werden, um die Säule zu kühlen. Zum Beispiel wird eine Luftkonvektionstechnik oben mit Bezug auf 1 diskutiert. In einer anderen Technik kann eine direkte Luftkühlung der Säule oder eines Dampfkonzentrators ersetzt werden durch Luftkühlung von Rippen, welche an einem großen Kaltblock angebracht sind, hergestellt aus Aluminium oder einem anderen Material.If ambient temperatures or temperatures are desired slightly above ambient, air convection can be used to cool the column. For example, an air convection technique will be discussed above with reference to FIG 1 discussed. In another technique, direct air cooling of the column or vapor concentrator can be replaced by air cooling of fins attached to a large cold block made of aluminum or other material.

Temperaturmessung und -steuerungTemperature measurement and control

Ungeachtet der Techniken, welche zum Heizen oder Kühlen der Gaschromatographiesäule verwendet werden, muss das System in der Lage sein, die Temperatur der Gaschromatographiesäule genau, präzise und rasch für eine wirksame Hochgeschwindigkeitsanalyse der Proben zu messen und zu steuern. Wie in US-Patent Nr. 5,268,302 offenbart, kann die Gaschromatographiesäule es erfordern, während verschiedenen Abschnitten der Analyse auf verschiedenen Temperaturen zu sein. Zum Beispiel ist ein repräsentatives Profil einer gewünschten Temperaturänderung über die Zeit in 17 gezeigt.Regardless of the techniques used to heat or cool the gas chromatographic column, the system must be able to accurately and accurately measure and control the temperature of the gas chromatography column for efficient, high-speed analysis of the samples. As in U.S. Patent No. 5,268,302 As disclosed, the gas chromatographic column may require to be at different temperatures during different portions of the analysis. For example, a representative profile of a desired temperature change over time is 17 shown.

Die Temperatur der Gaschromatographiesäule kann durch Steuern des elektrischen Stroms verändert werden, welcher an die Widerstandsröhre der Säule angelegt wird. In vorangegangenen Gaschromatographiesystemen, beispielhaft durch US-Patent Nr. 5,108,705 und 5,300,758 gezeigt, wurde eine Temperaturprogrammierung erreicht durch proportionale Steuerung der Spannung, welche an die Säule angelegt wird. Eine Erhöhung einer angelegten Spannung führte zu einer Erhöhung des Stroms, welcher durch die Metallhülse der Säule floss, und einem entsprechenden Anstieg der Temperatur der Säule. Wenn keine volle Leistung erfordert war (wie wenn die Säule bei einem Temperaturplateau gehalten wurde), wurde Leistung durch einen Steuertransistor abgeführt. Einstellungen in dem System mussten von Zeit zu Zeit geändert werden, um jegliche Änderungen im Widerstand der Hülse zu kompensieren, wie beim Installieren einer unterschiedlichen Gaschromatographiesäule für eine unterschiedliche Analyse, wo sich eine Austauschsäule in Länge, Wanddicke oder Durchmesser aufgrund von Herstellungsvariationen unterschied.The temperature of the gas chromatographic column can be varied by controlling the electrical current applied to the resistive tube the column is created. In previous gas chromatography systems, exemplified by U.S. Patent No. 5,108,705 and 5,300,758 As shown, temperature programming has been achieved by proportional control of the voltage applied to the column. An increase in applied voltage resulted in an increase in the current flowing through the metal sleeve of the column and a corresponding increase in the temperature of the column. When full power was not required (as when the column was maintained at a temperature plateau), power was dissipated by a control transistor. Settings in the system had to be changed from time to time to compensate for any changes in the resistance of the sleeve, such as installing a different gas chromatographic column for a different analysis, where an exchange column differed in length, wall thickness or diameter due to manufacturing variations.

Bezugnehmend auf 18 verwendet der vorliegende Ansatz einen Prozessor 800, um den Widerstand der Gaschromatographiesäule kontinuierlich zu prüfen. Der Widerstand der Metallhülse ist eine Funktion ihrer Temperatur und kann z.B. ausgedrückt werden durch: R = R0(1 + K(T – T0)),wobei R der Widerstand bei einer Temperatur T ist, R0 der feste Basiswiderstand (z.B. bei Umgebungs- oder Basistemperatur T0) ist und K der Temperaturkoeffizient des Widerstands des Hülsenmaterials ist, welcher ein bekannter konstanter Wert für das bestimmte Material ist. Daraus folgt, dass eine Temperatur (T) eine lineare Funktion des Widerstands (R) ist, welche ausgedrückt werden kann durch: T = T0 + K'(R – R0),wobei K' auch eine Konstante ist. Daher ist die Änderung der Temperatur von einem Basis- oder Umgebungswert (d.h. T – T0) eine lineare Funktion der Änderung im Widerstand (d.h. R – R0). Demzufolge kann der Widerstand der Säule als eine Darstellung der Säulentemperatur genommen werden, sobald der Widerstand der Säule bei einer Basis- oder Umgebungstemperatur bestimmt wird.Referring to 18 For example, the present approach uses a processor 800 to continuously test the resistance of the gas chromatography column. The resistance of the metal sleeve is a function of its temperature and can be expressed, for example, by: R = R 0 (1 + K (T - T 0 )), where R is the resistance at a temperature T, R 0 is the fixed base resistance (eg at ambient or base temperature T 0 ) and K is the temperature coefficient of resistance of the sleeve material which is a known constant value for the particular material. It follows that a temperature (T) is a linear function of the resistance (R), which can be expressed by: T = T 0 + K '(R - R 0 ) where K 'is also a constant. Therefore, the change in temperature from a base or ambient value (ie, T - T 0 ) is a linear function of the change in resistance (ie, R - R 0 ). Accordingly, the resistance of the column can be taken as a representation of the column temperature once the resistance of the column at a base or ambient temperature is determined.

Das Profil der 17 zeigt die gewünschte Temperatur zu jedem Augenblick während der Gaschromatographieanalyseperiode. Der Mikroprozessor 800 bestimmt einfach die momentane Zeit während der Analyseperiode durch Zählen der Uhr- bzw. Taktimpulse oder -zyklen des Taktoszillators des Mikroprozessors vom Beginn der Analyseperiode an. Da die gewünschte Temperatur zu jedem Augenblick entlang des Profils bekannt ist, kann der gewünschte Widerstand zu jedem Augenblick bestimmt werden unter Verwendung der gewünschten Temperatur, des bekannten Startwiderstands und -temperatur und des Resistivitätskoeffizienten. Die Widerstandswerte können durch den Mikroprozessor in einer Datentabelle gespeichert werden, oder sie können verarbeitet werden, wenn erforderlich, durch Interpolation zwischen den bekannten Steigungsänderungspunkten des Temperaturprofils.The profile of 17 shows the desired temperature at each instant during the gas chromatographic analysis period. The microprocessor 800 Simply determine the current time during the analysis period by counting the clock pulses or cycles of the clock oscillator of the microprocessor from the beginning of the analysis period. Since the desired temperature at each instant along the profile is known, the desired resistance at each instant can be determined using the desired temperature, known start resistance and temperature, and resistivity coefficient. The resistance values may be stored by the microprocessor in a data table, or they may be processed, if necessary, by interpolation between the known slope change points of the temperature profile.

Die Funktionen des Systems und seiner Software sind in dem Flussdiagramm der 19 gezeigt. Zu Beginn definiert der Benutzer ein gewünschtes Profil der Temperatur über der Zeit und führt das Profil dem Prozessor 800 zu (Schritt 900), entweder in Form einer Tabelle oder als eine Festsetzung der Temperaturveränderung. Zum Beispiel kann ein typisches Temperaturprofil für einen Dampfkonzentrator die Temperatur von einem Start- oder Umgebungswert von 250° C so rasch wie möglich anheben und dann diese Temperatur für zwei Sekunden beibehalten. Für die Gaschromatographiesäule kann ein typisches Temperaturprofil sein, wie in 17 gezeigt, in welcher die Temperatur von der Starttemperatur auf 100° C in zehn Sekunden angehoben wird, bei 100° C für zehn Sekunden beibehalten wird, von 100° C auf 200° C in den nächsten zehn Sekunden angehoben wird, bei 200° C für die nächsten zwanzig Sekunden beibehalten wird und dann so rasch wie möglich zur Starttemperatur zurückgeführt wird.The functions of the system and its software are shown in the flowchart of 19 shown. Initially, the user defines a desired profile of the temperature over time and passes the profile to the processor 800 to (step 900 ), either in the form of a table or as a fixation of the temperature change. For example, a typical temperature profile for a vapor concentrator may raise the temperature from a starting or ambient value of 250 ° C as quickly as possible and then maintain that temperature for two seconds. For the gas chromatography column may be a typical temperature profile, as in 17 in which the temperature is raised from the starting temperature to 100 ° C in ten seconds, maintained at 100 ° C for ten seconds, raised from 100 ° C to 200 ° C in the next ten seconds, at 200 ° C for is maintained for the next twenty seconds and then returned to the starting temperature as quickly as possible.

Der Prozessor 800 speichert oder wandelt die vom Benutzer zugeführten Daten für eine gewünschte Temperatur über der Zeit in eine Tabelle eines gewünschten Widerstands über der Zeit (Schritt 905) um. Wo sich ein Widerstand gleichförmig mit der Zeit ändert, kann der Wert bei verschiedenen zeitlichen Augenblicken berechnet werden durch Interpolation, anstatt als eine Tabelle gespeichert zu sein. Der Prozessor erzeugt diese Daten unter Verwendung des Basissäulenwiderstands bei einer bekannten Temperatur und dem Temperaturkoeffizienten der Resistivität für die Säule. Der Prozessor bestimmt den Basiswiderstand durch Messen des Säulenwiderstands während des Durchtretens von Luft, welche eine bekannte Temperatur aufweist, gemessen über die Säule.The processor 800 stores or converts the user supplied data for a desired temperature over time into a table of desired resistance over time (step 905 ) around. Where a resistance changes uniformly with time, the value at different temporal moments can be calculated by interpolation instead of being stored as a table. The processor generates this data using the base column resistance at a known temperature and the temperature coefficient of resistivity for the column. The processor determines the base resistance by measuring the column resistance during the passage of air having a known temperature measured across the column.

Der Prozessor steuert die Temperatur in aufeinanderfolgenden Steuerintervallen oder -zyklen. Der Prozessor initialisiert das Gaschromatographietemperaturprofil auf eine Injektion der Probe in die Gaschromatographiesäule von dem Dampfkonzentrator hin, wie oben diskutiert (Schritt 910), und zählt Taktimpulse herunter, um die darauffolgenden Steuerintervalle zu bestimmen. Jedes Steuerintervall kann von etwa 1-10 Millisekunden Dauer sein. Bei jedem Steuerintervall misst der Prozessor den Säulenwiderstand und stellt, falls nötig, die Säulentemperatur ein. Insbesondere legt der Prozessor einen Referenzstrom an die Hülse an (Schritt 915), um den Widerstand der Hülse zu messen (Schritt 920), und vergleicht dann den Widerstand mit dem gespeicherten Tabellenwert für dieses Steuerintervall (Schritt 925).The processor controls the temperature in successive control intervals or cycles. The processor initializes the gas chromatographic temperature profile upon injection of the sample into the gas chromatography column from the vapor concentrator, as discussed above (step 910 ), and counts down clock pulses to determine the subsequent control intervals. Each control interval can be from about 1-10 milliseconds in duration. At each control interval, the processor measures the column resistance and, if necessary, adjusts the column temperature. In particular, the processor applies a reference current to the sleeve (step 915 ) to the Wi the resistance of the sleeve to measure (step 920 ), and then compares the resistance to the stored table value for that control interval (step 925 ).

Falls der gemessene Widerstand geringer ist als der gewünschte Wert (Schritt 930), legt der Prozessor eine Spannung an die Hülse an (Schritt 935). Andernfalls legt der Prozessor keine Spannung an die Hülse an. Das System wiederholt dann den Zyklus während dem nächsten Steuerintervall durch Wiederholen des Schrittes des Anlegens eines Referenzstroms an die Hülse (Schritt 915) und der Schritte, welche folgen.If the measured resistance is less than the desired value (step 930 ), the processor applies a voltage to the sleeve (step 935 ). Otherwise, the processor will not apply voltage to the sleeve. The system then repeats the cycle during the next control interval by repeating the step of applying a reference current to the sleeve (step 915 ) and the steps that follow.

Wie in dem Zeitgabediagramm der 20 gezeigt, weist jedes Steuerintervall drei aufeinanderfolgende Stufen auf: eine Messstufe I, eine Heizstufe II und eine Wartestufe III. Während der Messstufe I misst der Prozessor den tatsächlichen Hülsenwiderstand durch Anlegen einer kleinen Spannung an die Metallhülse und vergleicht den tatsächlichen Widerstand mit dem gewünschten Widerstand. Falls der gemessene Widerstand unter dem gewünschten Widerstand liegt, zeigt das an, dass die Säulentemperatur unter der gewünschten (Profil-) Temperatur ist. Der Prozessor antwortet auf diese Bedingung durch Anlegen einer Heizspannung an die Metallhülse während der Heizstufe II. Diese Spannung kann von fester Dauer sein, welche geringer ist als oder gleich dem Steuerintervall.As in the timing diagram of the 20 shown, each control interval has three successive stages: a measuring stage I, a heating stage II and a waiting stage III. During measurement stage I, the processor measures the actual sheath resistance by applying a small voltage to the metal sheath and compares the actual resistance to the desired resistance. If the measured resistance is below the desired resistance, this indicates that the column temperature is below the desired (profile) temperature. The processor responds to this condition by applying a heating voltage to the metal shell during heating stage II. This voltage may be of fixed duration which is less than or equal to the control interval.

Die Dauer der Heizstufe und des Steuerintervalls werden ausgewählt basierend auf der Wärmekapazität der Gaschromatographiesäule und der gewünschten Genauigkeit der Temperatursteuerung. Illustrativ darf, falls eine Temperatursteuerungsgenauigkeit von 0,1° C gewünscht ist, sich dann die Temperatur der Gaschromatographiesäule um nicht mehr als 0,1° C in irgendeinem einzelnen Steuerzyklus erhöhen, da die Temperaturmessungen nur einmal in jedem Steuerzyklus durchgeführt werden. Somit muss in diesem Beispiel, falls die Heizspannung in der Lage ist, die Temperatur der Gaschromatographiesäule bei einer Maximalrate von 20° C pro Sekunde anzuheben, dann die Dauer der Heizleistung auf eine feste Dauer von 5 Millisekunden oder weniger begrenzt werden. Während der verbleibenden Zeit des Steuerintervalls wird keine Spannung an die Säule angelegt. Demgemäß wird diese Stufe des Steuerintervalls als eine Wartestufe III bezeichnet.The Duration of heating level and control interval are selected based on the heat capacity of the gas chromatography column and the desired Accuracy of temperature control. Illustrativ may, if one Temperature control accuracy of 0.1 ° C is desired, then the temperature the gas chromatography column not more than 0.1 ° C in any single control cycle, since the temperature measurements be performed only once in each control cycle. Thus, in this Example, if the heating voltage is capable of the temperature the gas chromatography column at a maximum rate of 20 ° C per second, then the duration of the heating power to one fixed duration of 5 milliseconds or less. During the remaining time of the control interval no voltage is applied to the column. Accordingly, this will Stage of the control interval referred to as a waiting stage III.

Für eine typische, sechs Meter lange Gaschromatographiesäule liegt der Widerstand bei Umgebungstemperatur bei etwa 12,8 Ohm. Eine Heizspannung von 90 Volt wird eine Temperaturerhöhung von über 10° C pro Sekunde erzeugen. Demgemäß wird ein Anlegen der Heizspannung von 90 Volt für eine Millisekunde eine Temperaturerhöhung von ungefähr 0,01° C herbeiführen. Im Fall des Dampfkonzentrators beträgt ein typischer Startwiderstand 0,50 Ohm, und eine Heizspannung von 24 Volt wird eine Temperaturerhöhung von 4° C in einer Millisekunde erzeugen.For a typical, six meters long gas chromatography column is the resistance at Ambient temperature at about 12.8 ohms. A heating voltage of 90 Volt becomes a temperature increase of over 10 ° C per second produce. Accordingly, a Applying the heating voltage of 90 volts for a millisecond a temperature increase of approximately 0.01 ° C cause. In the case of the steam concentrator is a typical starting resistance 0.50 ohms, and a heating voltage of 24 volts will cause a temperature increase of 4 ° C in one millisecond.

Durch Verwendung eines kurzen Steuerintervalls ist der Prozessor 800 in der Lage, die Temperatur der Gaschromatographiesäule oder des Dampfkonzentrators in Übereinstimmung mit dem gewünschten Profil zu steuern. Da die Steuerintervalle sehr rasch auftreten, jedes für eine Dauer von einer bis ein paar Millisekunden, ist die Wirkung, die gewünschte Temperatur sehr rasch zu erreichen und die Temperatur im Wesentlichen bei dem gewünschten Wert beizubehalten, bis eine Änderung erforderlich ist.By using a short control interval, the processor is 800 capable of controlling the temperature of the gas chromatographic column or vapor concentrator in accordance with the desired profile. Since the control intervals occur very rapidly, each for a period of one to a few milliseconds, the effect is to reach the desired temperature very quickly and maintain the temperature substantially at the desired value until a change is required.

Wie in 18 gezeigt, schließt die Gaschromatographiesäule 805 elektrische Anschlüsse 810 und 815 an den Enden der Metallhülse der Säule ein, so dass eine über die Anschlüsse angelegte Spannung einen elektrischen Strom in der Hülse erzeugt, welcher die Säule auf die gewünschte Temperatur heizt. Der Anschluss 810 ist mit einem ersten Anschluss eines Leistungsschalters 820 verbunden, der durch den Prozessor 800 gesteuert wird. In einer ersten Position verbindet der Schalter 820 eine Stromquelle 825 zwischen den Anschlüssen 810 und 815. Die Stromquelle 825 erzeugt einen kleinen Messstrom von z.B. 100 mA. In einer zweiten Position verbindet der Schalter 820 eine feste Spannungsquelle 830 zwi schen den Anschlüssen 810 und 815. Die Spannungsquelle 830 erzeugt eine große Spannung (z.B. etwa 90 Volt für die Säule 805 oder 24 Volt für einen Dampfkonzentrator), welche zum Heizen der Säule dient. In einer dritten Position ist der Schalter offen, so dass keine Spannung an die Säule angelegt ist.As in 18 shown closes the gas chromatography column 805 electrical connections 810 and 815 at the ends of the metal sleeve of the column so that a voltage applied across the terminals creates an electrical current in the sleeve which heats the column to the desired temperature. The connection 810 is with a first connection of a circuit breaker 820 connected by the processor 800 is controlled. In a first position, the switch connects 820 a power source 825 between the connections 810 and 815 , The power source 825 generates a small measuring current of eg 100 mA. In a second position, the switch connects 820 a fixed voltage source 830 between the connections 810 and 815 , The voltage source 830 generates a large voltage (eg about 90 volts for the column 805 or 24 volts for a vapor concentrator) which serves to heat the column. In a third position, the switch is open so that no voltage is applied to the column.

Ein Analog-zu-digital-Konverter (ADC) 835 misst die Spannung zwischen den Anschlüssen 810 und 815 und sieht ein digitales Signal vor, welches bezeichnend ist für die Spannung an den Prozessor 800. Wenn der Standardstrom (z.B. 100 Milliampere) an die Hülse angelegt ist, gibt die durch den ADC 835 bezeichnete Spannung den Widerstand der Hülse wieder. Zum Beispiel, falls der ADC ein Volt für einen Strom von 100 Milliampere anzeigt, würde der Widerstand 10 Ohm betragen. Diese Spannung wird in digitaler Form an den Prozessor angelegt. Wie oben herausgestellt, stellt diese Spannung den gemessenen Hülsenwiderstand bei jedem Steuerintervall dar.An analog-to-digital converter (ADC) 835 measures the voltage between the terminals 810 and 815 and provides a digital signal indicative of the voltage to the processor 800 , If the standard current (eg 100 milliamps) is applied to the sleeve, the through the ADC 835 Voltage designated the resistance of the sleeve again. For example, if the ADC indicates one volt for a 100 milliampere current, the resistance would be 10 ohms. This voltage is applied to the processor in digital form. As pointed out above, this voltage represents the measured sleeve resistance at each control interval.

Der Prozessor vergleicht den Widerstandswert, vorgesehen durch den ADC 835, mit dem entsprechenden gewünschten Widerstand. Falls der gewünschte Widerstand bestimmt wird, höher zu sein als der gemessene Widerstand, was anzeigt, dass die Säulentemperatur niedriger ist als gewünscht, steuert der Prozessor den Schalter, um die Hochspannungsquelle 830 an die Säule für eine vorbestimmte feste Zeitdauer zu verbinden. Dies bietet eine zusätzliche Heizenergie an die Last, um deren Temperatur und somit deren Widerstand zu erhöhen. Am Ende dieser Zeitdauer ändert der Prozessor den Schalter zu der offenen Position (III) für die verleibende Zeit des Steuerintervalls. In dem nächsten Steuerintervall verbindet der Prozessor die Standardstromquelle wieder mit der Last und misst den Widerstand. Falls der Widerstand und die Temperatur unterhalb der gewünschten Werte sind, verbindet dann der Prozessor die Spannungsquelle 830 mit der Säule. Diese Zyklen werden mit einer hohen Rate wiederholt (z.B. etwa einmal jede eine bis zehn Millisekunden), bis der Prozessor feststellt, dass der gemessene Widerstand zumindest gleich dem gewünschten Widerstand ist. Wenn diese Bedingung vorliegt, platziert der Prozessor den Schalter 820 in der offenen Position (III) für die ses Steuerintervall. Dieses Muster von Messung, gefolgt durch Abwarten, geht weiter, bis die Messung in einem Steuerintervall anzeigt, dass die Temperatur erhöht werden muss. Zu diesem Zeitpunkt verbindet Prozessor 800 wieder die Spannungsquelle 830 mit der Säule für eine feste Zeitdauer.The processor compares the resistance value provided by the ADC 835 , with the corresponding desired resistance. If the desired resistance is determined to be higher than the measured resistance, indicating that the column temperature is lower than desired, the processor controls the switch to turn off the high voltage source 830 to the pillar for a vorbe agreed fixed time to connect. This provides additional heating energy to the load to increase its temperature and thus its resistance. At the end of this period, the processor changes the switch to the open position (III) for the time spent in the control interval. In the next control interval, the processor reconnects the standard power source to the load and measures the resistance. If the resistance and the temperature are below the desired values, then the processor connects the voltage source 830 with the pillar. These cycles are repeated at a high rate (eg, about once every one to ten milliseconds) until the processor determines that the measured resistance is at least equal to the desired resistance. If this condition exists, the processor places the switch 820 in the open position (III) for this control interval. This pattern of measurement, followed by waiting, continues until the measurement in a control interval indicates that the temperature needs to be increased. At this time, processor connects 800 again the voltage source 830 with the column for a fixed period of time.

Das Steuerschema kann weiter verfeinert werden, um eine feinere Steuerung der Temperatur zuzulassen. Das Verfahren der 19 verwendet eine An/Aus-Temperatursteuerung (d.h. während der Leistungsperiode ist die Heizleistung entweder vollständig an für eine feste Zeitdauer oder vollständig aus). Eine feinere Steuerung kann erreicht werden durch eine Proportionalsteuerung oder durch ausgetüfteltere Steuerschemata, welche als Proportional-integral-(PI-) oder Proportional-integral-differential-(PID-)Steuerung bekannt sind.The control scheme can be further refined to allow finer control of the temperature. The procedure of 19 uses on / off temperature control (ie during the power period the heating power is either fully on for a fixed period of time or off completely). Finer control can be achieved by proportional control or by more sophisticated control schemes known as proportional integral (PI) or proportional integral derivative (PID) control.

In diesen Techniken wird die Heizleistung variiert gemäß der Größe des Fehlersignals, d.h. dem Unterschied zwischen der eigentlichen Temperatur und der gewünschten Temperatur. Dies kann erreicht werden durch Variieren entweder der Heizspannung, wie es im US-Patent Nr. 5,300,758 vorgenommen wird, oder durch Variieren der Dauer der Leistungsperiode. Prozessorbasierte Vorrichtungen, welche PID durch eine solche Zeitproportionalität implementieren, sind in Prozesssteuerung wohlbekannt. Ein Beispiel ist das Omega-Modell CN4400, welches von Omega Engineering aus Stamford, Connecticut, verfügbar ist. Algorithmen für PID-Steuerung werden beschrieben in Perry's Chemical Engineer's Handbook, sechste Ausgabe, Seiten 22-77, McGraw-Hill, New York 1984, in zum Beispiel den Gleichungen 22-30 auf den Seiten 22-77.In these techniques, the heating power is varied according to the size of the error signal, ie the difference between the actual temperature and the desired temperature. This can be achieved by varying either the heating voltage, as in the U.S. Patent No. 5,300,758 or by varying the duration of the power period. Processor-based devices that implement PID through such time proportionality are well known in process control. One example is the CN4400 omega model available from Omega Engineering of Stamford, Connecticut. Algorithms for PID control are described in Perry's Chemical Engineer's Handbook, Sixth Edition, pages 22-77, McGraw-Hill, New York 1984, in, for example, equations 22-30 at pages 22-77.

Wie in 21 gezeigt, kann die Zeitdauer der Heizperiode gesteuert werden basierend auf der Beziehung zwischen dem gemessenen Widerstand (Rm) und dem gewünschten Widerstand (Rd), um eine zeitproportionale PID-Steuerung zu erreichen. Durch den PID-Algorithmus berechnet der Computer die erforderliche Spannungszeitdauer während jedem Steuerintervall. Die Schaltung der 18 arbeitet wie oben diskutiert, mit der Ausnahme, dass der Prozessor 800 die Span nungsquelle 830 abtrennt, nachdem die Heizstufe eine gewünschte Zeitdauer gehabt hat, anstatt nach einer festen Periode, wie oben beschrieben. Dies bietet eine Pulsdauervariation analog zur Pulsweitenmodulation (PWM).As in 21 4, the duration of the heating period may be controlled based on the relationship between the measured resistance (R m ) and the desired resistance (R d ) to achieve time-proportional PID control. Using the PID algorithm, the computer calculates the required voltage duration during each control interval. The circuit of 18 works as discussed above, except that the processor 800 the voltage source 830 disconnects after the heating stage has had a desired period of time, rather than after a fixed period as described above. This offers a pulse duration variation analogous to pulse width modulation (PWM).

Auf diese Art und Weise wird die Temperatur der Säule wiederholt gemessen, und die Leistung wird wie notwendig dem System zugeführt, um dem gewünschten Temperaturprofil eng zu folgen, so wie in 17 gezeigt, bis das Profil nach einer raschen Abnahme der Temperatur verlangt, wie am Ende des Analysezyklus.In this way, the temperature of the column is repeatedly measured and the power is supplied to the system as necessary to closely follow the desired temperature profile, as in 17 shown until the profile calls for a rapid decrease in temperature, as at the end of the analysis cycle.

Der oben beschriebene Ansatz gestattet ein einfaches Ersetzen einer Säule durch eine andere, ohne eine Rekalibrierung erforderlich zu machen, und er berücksichtigt automatisch jeglichen Unterschied im Widerstand der Säulenhülse, welchen die Ersatzsäule aufweisen kann. Wenn eine Messung bei Basis- (z.B. Umgebungs-)Bedingungen für die ersetzte Säule bestimmt, dass sich R0 für die Basistemperatur geändert hat, berechnet der Prozessor jeden der Widerstandswerte, gespeichert in seinem Speicher, neu, um eine neue modifizierte Widerstandstabelle für das System abzuleiten zum Folgen für die ersetzte Säule. Dies kann einfach erreicht werden, da jeder R-Wert in der gespeicherten Tabelle eingestellt werden sollte um die gleiche Menge in Antwort auf eine Änderung in R0, um das gleiche Profil zu behalten.The approach described above allows one column to be easily replaced by another without requiring recalibration and automatically accounts for any difference in column column resistance that the replacement column may have. If a measurement at base (eg, ambient) conditions for the replaced column determines that R 0 has changed for the base temperature, the processor recalculates each of the resistance values stored in its memory to a new modified resistance table for the system to deduce to follow for the replaced column. This can be easily achieved because each R value in the stored table should be adjusted by the same amount in response to a change in R 0 to keep the same profile.

Durch diese Anordnung ist es nicht länger notwendig, das System auf ein Ersetzen einer Säule durch eine neue Säule hin, welche eine unterschiedliche Länge oder Basiswiderstand aufweisen kann, zu rekalibrieren. Der Basiswiderstand der Ersatzsäule wird automatisch bestimmt, und die Tabelle des gewünschten Widerstands bei jedem Steuerintervallaugenblick wird für die neuen gespeicherten Säulenwiderstandswerte neu berechnet durch Verringerung eines jeden Widerstandswerts um die Differenz zwischen den vorhergehenden und den neuen Basiswiderständen, ohne eine andere Rekalibrierung erforderlich zu machen.By this arrangement is no longer necessary the system indicates replacement of a column with a new column, which a different length or base resistance may recalibrate. The basic resistance the replacement pillar is determined automatically, and the table of the desired Resistance at each control interval instant will be for the new ones stored column resistance values recalculated by reducing each resistance value by the difference between the previous and the new base resistances, without to require a different recalibration.

Dem gewünschten Temperaturprofil wird dann für die neue Säule während der Steuerintervalle eng gefolgt, wie oben beschrieben. Somit kann die Säule als ein einfach ersetzbares Modul strukturiert sein, wenn gewünscht, ohne eine manuelle Rekalibrierung auf einen Austausch hin erforderlich zu machen.the desired Temperature profile is then for the new pillar while the control intervals closely followed, as described above. Thus, can the pillar be structured as an easily replaceable module, if desired, without manual recalibration is required after replacement close.

Die Gaschromatographiesäule kann es erfordern, auf unterschiedliche Temperaturen geheizt zu werden und rasch von einer Temperatur auf eine andere überzugehen. Eine Temperatursteuerung kann erfordern, dass sie über weite Temperaturbereiche hoch präzise ist.The gas chromatography column may require heating to different temperatures to move quickly from one temperature to another. Temperature control may require it to be highly accurate over wide temperature ranges.

Wie oben diskutiert, ist eine Technik zum Messen der Temperatur der Gaschromatographiesäule, den elektrischen Widerstand einer Metallhülse zu messen, welche die Säule umgibt, wenn der Strom, welcher zum Heizen der Säule verwendet wird, nicht angelegt ist. Eine bekannte Beziehung zwischen dem Widerstand und der Temperatur kann eine Temperaturmessung mit einer Genauigkeit in der Größenordnung von 0,5° C und einer absoluten Genauigkeit von ±2° C innerhalb eines weiten Temperaturbereichs von 25° C bis 400° C gestatten. Diese Widerstandsmessungstechnik kann gut arbeiten, wenn ein Steuerzyklus in einen Messabschnitt unterteilt ist, in welchem die Temperatur gemessen wird, und einen Heizabschnitt, in welchem die Metallhülse durch Anlegen eines elektrischen Stroms geheizt wird. Ein MOSFET-Transistor oder ein ähnliches Steuerelement kann verwendet werden, so dass eine Heizenergie nicht während dem Messabschnitt des Zyklus verbraucht wird. Dieses Verfahren erleichtert die Gestaltung von ökonomischen, kompakten und einfachen Systemen zum Steuern, Messen und raschen Ändern der Temperatur einer Gaschromatographiesäule oder eines Dampfkonzentrators.As discussed above, is a technique for measuring the temperature of Gas chromatography column, measure the electrical resistance of a metal sleeve surrounding the column, when the power used to heat the column is not applied is. A known relationship between resistance and temperature can be a temperature measurement with an accuracy of the order of magnitude of 0.5 ° C and an absolute accuracy of ± 2 ° C over a wide temperature range from 25 ° C up to 400 ° C allow. This resistance measurement technique can work well if a control cycle is divided into a measuring section, in which the temperature is measured, and a heating section in which through the metal sleeve Applying an electric current is heated. A MOSFET transistor or a similar control Can be used so that a heating energy is not during the Measuring section of the cycle is consumed. This procedure facilitates the Design of economic, compact and simple systems for controlling, measuring and rapidly changing the Temperature of a gas chromatography column or a vapor concentrator.

Andere Techniken können auch verwendet werden, um die Hülsentemperatur zu messen. Zum Beispiel kann die Temperatur gemessen werden unter Verwendung eines Strahlungspyrometers oder eines verteilten Thermoelements. Ein verteiltes Thermoelement verwendet koaxiale Drähte, welche aus unterschiedlichen Metal len hergestellt sind und welche die Gaschromatographiesäule umgeben. Unterschiedliche Kombinationen von Materialien in den verteilten Temperatursensoren können empfindlichere und genauere Sensoren für bestimmte Temperaturbereiche bieten. Pyrometer bieten elektrische und thermische Isolation.Other Techniques can also used to change the tube temperature to eat. For example, the temperature can be measured below Use of a radiation pyrometer or a distributed thermocouple. A distributed thermocouple uses coaxial wires, which are made of different metal len and which surround the gas chromatography column. Different combinations of materials in the distributed Temperature sensors can more sensitive and accurate sensors for specific temperature ranges Offer. Pyrometers provide electrical and thermal insulation.

Techniken zum Vorsehen einer kontrollierten Heizung der Säule schließen ein die Anlegung von breitenmodulierten Impulsen von Energie an die Säule und eine AN/AUS-Steuerung der Anlegung von Heizenergie mit kurzen Temperaturmessintervallen, bis zu 98 % Arbeitszyklen ermöglichend. Ein rasches Umschalten zwischen einer Messung und einer Steuerung ermöglicht es dem System, ein hochgenaues Temperaturprofil zu erreichen durch Verringerung der Zeitdauer des Steuerzyklus, welcher so kurz wie 100 Mikrosekunden sein kann.techniques for providing a controlled heating of the column include the application of width modulated Pulses of energy to the column and an ON / OFF control of the application of heating energy with short Temperature measuring intervals, enabling up to 98% working cycles. A quick switch between a measurement and a controller allows It allows the system to achieve a high-precision temperature profile Reducing the duration of the control cycle, which is as short as 100 microseconds can be.

Eine Anordnung zum Heizen und Kühlen einer Gaschromatographiesäule 1000 ist in den 22 und 23 dargestellt. Wie vorher angemerkt, kann die Säule eine intern beschichtete Quartzkapillarröhre sein, eingeschraubt in der Innenseite einer sehr kleinen (z.B. 0,02 Inch Durchmesser) Metallnadellagerröhre, wie detaillierter beschrieben im US-Patent Nr. 5,300,758 in Spalte 5, Zeilen 44-66.An arrangement for heating and cooling a gas chromatography column 1000 is in the 22 and 23 shown. As previously noted, the column may be an internally coated quartz capillary tube screwed into the inside of a very small (eg, 0.02 inch diameter) metal needle tube, as described in more detail in U.S. Patent Nos. 5,496,055 U.S. Patent No. 5,300,758 in column 5, lines 44-66.

Die Säule 520 ist in eine Helix- bzw. Schraubenlinie gewendelt und innerhalb eines ringförmigen Gehäuses 1005 platziert, welches eine zylindrische äußere Wand 1010 und eine zylindrische innere Wand 1015 einschließt, welche zusammen einen ringförmigen Raum 1020 definieren. Die gewendelte Säule 1000 weist einen Einlass 1025 und einen Auslass 1030 auf. Das obere Ende des ringförmigen Gehäuses 1005 ist an einen Auslassanschluss 1035 gekoppelt. Luft von einem Zentrifugalgebläse 1040 oder einer anderen ähnlichen Quelle wird zu einer Einlassöffnung 1045 zugeführt, um kühlende Luft in den ringförmigen Raum 1020 zu drücken, welcher die Säule 1000 enthält. Luft kann auch durch einen inneren Durchgang 1050 durchtreten, definiert durch die innere Wand 1015. Eine ringförmige Abdeckung oder Dämpfer 1055 bedeckt den Einlass des ringförmigen Raums 1020 und ist durch einen Magneten 1060 gesteuert. In Abwesenheit der Anregung des Magneten wird der Dämpfer 1055 in einer offenen Position gehalten, entweder unter dem Einfluss der Schwerkraft oder durch eine geeignete Feder. Auf eine Unter-Energie-Setzung des Magneten 1060 hin schließt sich der Dämpfer 1055 und hindert Luft am Strömen in den ringförmigen Raum 1020, wohingegen er wenig, wenn überhaupt, Wirkung auf Luft hat, welche innerhalb des inneren Durchgangs 1050 fließt.The pillar 520 is coiled in a helix or helix and within an annular housing 1005 placed, which has a cylindrical outer wall 1010 and a cylindrical inner wall 1015 which together form an annular space 1020 define. The coiled column 1000 has an inlet 1025 and an outlet 1030 on. The upper end of the annular housing 1005 is to an outlet port 1035 coupled. Air from a centrifugal fan 1040 or another similar source becomes an inlet port 1045 fed to cooling air in the annular space 1020 to push which is the pillar 1000 contains. Air can also pass through an internal passageway 1050 pass through, defined by the inner wall 1015 , An annular cover or damper 1055 covers the inlet of the annular space 1020 and is by a magnet 1060 controlled. In the absence of excitation of the magnet becomes the damper 1055 held in an open position, either under the influence of gravity or by a suitable spring. On a sub-energy setting of the magnet 1060 The damper closes 1055 and prevents air from flowing into the annular space 1020 whereas it has little, if any, effect on air, which within the internal passage 1050 flows.

Der Dämpfer 1055 wird während des Teils des Betriebszyklus des Gaschromatographiesystems geschlossen gehalten, in welchem die Säule 1000 geheizt wird und der Chromatograph erzeugt wird. Am Ende dieses Abschnitts des Betriebszyklus wird die Säule rasch gekühlt durch Ausschalten des Mechanismus (z.B. des elektrischen Stroms), der verwendet wird, um die Säule zu heizen, und durch Öffnen des Dämpfers, um kühlende Luft durch den ringförmigen Raum 1020 zu gestatten. Die sich ergebende zwangsweise Luftkonvektion führt die Säule 1000 rasch auf den ursprünglichen kalten Zustand der Säule zurück. Ein Luftstrom zum Kühlen der Gaschromatographiesäule 1000 tritt durch einen Einlass an der Rückseite des Gaschromatographiesystems ein, tritt durch das Anschlusssystem unter dem Einfluss des Zentrifugalgebläses 1040 durch und wird zu einem Auslass an der Rückseite des Instruments zurückgeführt.The damper 1055 is kept closed during the part of the operating cycle of the gas chromatography system in which the column 1000 is heated and the chromatograph is generated. At the end of this portion of the cycle of operation, the column is rapidly cooled by turning off the mechanism (eg, electric current) used to heat the column and opening the damper to provide cooling air through the annular space 1020 to allow. The resulting forced air convection leads the column 1000 quickly returned to the original cold state of the column. An air stream for cooling the gas chromatography column 1000 enters through an inlet at the back of the gas chromatography system, passes through the connection system under the influence of the centrifugal blower 1040 through and is returned to an outlet on the back of the instrument.

Eine ähnliche Anordnung kann verwendet werden, um die Temperatur eines Dampfkonzentrators 515 (oder mehrerer Dampfkonzentratoren) zu steuern. Der Konzentrator kann in sein eigenes Gehäuse eingeschlossen sein, mit eingedrückter Luft vorgesehen zum Kühlen. Ein Dämpfer kann verwendet werden, um einen Luftstrom abrupt abzuschneiden, sobald eine gewünschte niedrige Temperatur erreicht ist. Der Dämpfer wird wie oben beschrieben gesteuert.A similar arrangement can be used to determine the temperature of a vapor concentrator 515 (or more steam concentrators) to control. The concentrator may be enclosed in its own housing, with depressed air provided for cooling. A damper can be used to abruptly cut off an airflow as soon as a desired low temperature is reached. The damper is controlled as described above.

In einigen Anordnungen kann ein gemeinsames Gehäuse für die Gaschromatographiesäule und den Konzentrator oder die Konzentratoren verwendet werden, so dass ein einzelnes Gebläse und Dämpfersteuerungsanordnung dazu dient, sowohl die Gaschromatographiesäule als auch den Konzentrator zu kühlen. Falls ein einzelnes Gebläse verwendet wird, können individuelle Dämpfer für jede Vorrichtung vorgesehen sein, so dass die Vorrichtungen unabhängig zu unterschiedlichen Zeiten gekühlt werden können, wobei einige Vorrichtungen geheizt werden, während andere gekühlt werden. Alternativ können individuelle Gehäuse und Dämpfer verwendet werden, um die Luft für die individuellen Konzentratoren zu steuern.In In some arrangements, a common housing for the gas chromatography column and the Concentrator or concentrators are used, so that one single fan and damper control assembly this serves both the gas chromatography column and the concentrator to cool. If a single blower is used individual dampers for every Device be provided so that the devices independently too Chilled at different times can be, where Some devices are heated while others are cooled. Alternatively you can individual housing and dampers used to air for to control the individual concentrators.

Für einige Anwendungen, wie etwa ein Detektieren von permanenten Gasen und leichten Kohlenwasserstoffen, ist es wünschenswert, die Gaschromatographiesäule 1000 bei Temperaturen so niedrig wie 15° C und den Dampfkonzentrator bei Temperaturen so niedrig wie –10° C zu betreiben. Für diese Anwendungen kann die Luft, welche zum ringförmigen Raum 1020 vorgesehen ist, durch einen gekühlten Wärmetauscher (nicht gezeigt) durchtreten, um die Luft auf Temperaturen unter der Umgebungstemperatur zu kühlen. Eine Verwendung eines gekühlten Wärmetauschers oder einer ähnlichen Vorrichtung kann insbesondere wichtig sein bei Industrieprozesssteueranwendungen, in welchen die Umgebungstemperatur so hoch wie 40° C sein kann.For some applications, such as detecting permanent gases and light hydrocarbons, it is desirable to use the gas chromatographic column 1000 operate at temperatures as low as 15 ° C and the steam concentrator at temperatures as low as -10 ° C. For these applications, the air, which leads to the annular space 1020 is provided to pass through a cooled heat exchanger (not shown) to cool the air to temperatures below ambient. Use of a cooled heat exchanger or similar device may be particularly important in industrial process control applications where the ambient temperature may be as high as 40 ° C.

Temperaturgradiententemperature gradients

Die ringförmige Geometrie erleichtert ein rasches Abkühlen. Diese Geometrie ist auch verhältnismäßig kompakt, was ein Vorteil für das Packungsdesign eines Instruments ist, welches die Säule 1000 enthält. Jedoch, wie in 24 gezeigt, können ungewünschte Temperaturgradienten von dieser Geometrie herrühren. Insbesondere tendieren die zwei schraubenförmigen Wendeln 1100 am Boden dazu, wesentlich kälter zu sein als die anderen Wendeln 1105 der Säule 1000. Dies ist experimentell beobachtet worden sowohl durch Verwendung von Thermoelementen als auch durch Inspizieren der Gaschromatographiesäule zur Verdunkelung aufgrund der Aussetzung von Wärme.The annular geometry facilitates rapid cooling. This geometry is also relatively compact, which is an advantage for the package design of an instrument that supports the column 1000 contains. However, as in 24 As shown, undesirable temperature gradients may result from this geometry. In particular, the two helical coils tend 1100 on the ground to be much colder than the other coils 1105 the column 1000 , This has been experimentally observed both by using thermocouples and by inspecting the gas chromatographic column for darkening due to the exposure to heat.

Der Temperaturgradient tritt aufgrund konvektiver Luftströme auf, welche zu einem sogenannten Kamineffekt führen. Dies ist eine Asymmetrie zwischen den untersten Windungen der Helix 1100 und allen folgenden Windungen. Luft, welche durch die untersten Wendeln der Helix geheizt wird, steigt auf und erzeugt ein wärmeres Umfeld für die Wendeln unmittelbar oberhalb. Da die erhitzte Luft aufsteigt, verliert die erhitzte Luft Wärme an die Wände der Kammer, in welcher die Säule 1000 enthalten ist. Dies kann zu einer stationären Zustandsbedingung führen, in welcher die lokale Temperatur unabhängig von der vertikalen Position ist, mit Ausnahme von den untersten Windungen der Helix, welche von unten nicht beheizt werden.The temperature gradient occurs due to convective air flows, which lead to a so-called chimney effect. This is an asymmetry between the lowest turns of the helix 1100 and all subsequent turns. Air, which is heated by the lowest helices of the helix, rises and creates a warmer environment for the spirals immediately above. As the heated air rises, the heated air loses heat to the walls of the chamber in which the column is 1000 is included. This can lead to a steady state condition in which the local temperature is independent of the vertical position, except for the lowest helix turns, which are not heated from below.

Es sei angemerkt, dass die zwei untersten Wendeln 1100 eher als nur die einzelne unterste Wendel unterschiedlich von den anderen Wendeln sind. Eine einfache Erklärung dafür ist, dass der vertikale Abstand, welcher erforderlich ist zum Erreichen eines stationären Temperaturzustands, als ein Ergebnis des Kühlens durch die ringförmigen Wände größer ist als die vertikale Höhe einer Windung der Helix.It should be noted that the two lowest coils 1100 rather than just the single lowest coil being different from the other coils. A simple explanation for this is that the vertical distance required to reach a steady state temperature as a result of cooling by the annular walls is greater than the vertical height of one turn of the helix.

25 zeigt eine alternative Konfiguration, in welcher eine kurze Fallensäule 1110 unmittelbar unter der Analysegaschromatographiesäule montiert ist. Die Fallensäule 1110 schließt ein eine Metallkapillare identisch zu der der Säule 1000, und sie weist eine gewendelte Geometrie auf und eine Beabstandung identisch zu der der Säule 1000, aber sie ist nicht mit dem Gasstrom der Säule 1000 verbunden. Die Fallensäule 1110 wirkt wie die untersten Wendeln 1100 der Helix, um das Vorliegen eines ungewünschten thermischen Gradienten in der Säule 1000 zu verhindern. Elektrisch sind Temperaturerfassungskabel 1115 und 1120 über die Säule 1000 angebracht, während der elektrische Heizstrom in Serie sowohl durch die Säule 1000 als auch die Fallensäule 1100 von einem ersten Kabel 1125 zu einem zweiten Kabel 1130 fließt. 25 shows an alternative configuration in which a short trap column 1110 is mounted immediately below the analysis gas chromatography column. The trap column 1110 includes a metal capillary identical to that of the column 1000 , and it has a coiled geometry and a spacing identical to that of the column 1000 but it is not with the gas flow of the column 1000 connected. The trap column 1110 acts like the lowest coils 1100 the helix indicates the presence of an undesired thermal gradient in the column 1000 to prevent. Electric are temperature sensing cables 1115 and 1120 over the pillar 1000 attached while the electric heating current in series both through the column 1000 as well as the trap column 1100 from a first cable 1125 to a second cable 1130 flows.

26 stellt eine alternative Technik zum Verhindern von Gradienten dar, in welcher mehrere Merkmale im Verhältnis zu der Konfiguration der 22 hinzugefügt worden sind. Als erstes ist die innere Wand 1015 um etwa 0,25'' an der Oberseite und 0,25'' an der Unterseite verkürzt worden, um die Lufträume 1020 und 1050 sowohl an der Oberseite als auch an der Unterseite zwischenzuverbinden. Als zweites ist ein Dämpfungsmechanismus 1200 an der Oberseite des Gehäuses 1005 so hinzugefügt, dass der Luftraum des Gehäuses 1005 von dem Luftraum der Auslassverbindung während der Gaschromatographieanalyse isoliert werden kann. Als drittes ist ein Ventilator oder ein Gebläse 1205 installiert, um einen Luftstrom im geschlossenen Ring zwischen den Räumen 1020 und 1050 zu erzeugen. Die Geschwindigkeit des Luftstroms wird ausgewählt durch Steuerung der Spannung an den Antriebsmotor 1210 des Ventilators, und die Richtung des Luftstroms wird ausgewählt durch die Wahl des Propellertyps des Ventilators 1205 und die Platzierung des Ventilators 1205 innerhalb des Gehäuses 605. Zum Beispiel können Ventilatoren, welche Zentrifugalpropeller aufweisen, an der Oberseite oder Unterseite des Gehäuses platziert werden, wohingegen ein axialer Ventilator in der Mitte des Raums 1050 platziert sein kann. Der Luftstrom im geschlossenen Ring mischt die Luft und eliminiert oder verringert den vertikalen thermischen Gradienten. 26 FIG. 4 illustrates an alternative gradient prevention technique in which several features are compared to the configuration of the FIG 22 have been added. First is the inner wall 1015 about 0.25 "at the top and 0.25" at the bottom have been shortened to the airspaces 1020 and 1050 Both at the top and at the bottom zwischenzuverbinden. Second is a damper mechanism 1200 at the top of the case 1005 so added that the airspace of the housing 1005 can be isolated from the headspace of the outlet connection during gas chromatographic analysis. The third is a fan or blower 1205 installed a flow of air in the closed ring between the rooms 1020 and 1050 to create. The speed of the air flow is selected by controlling the voltage to the drive motor 1210 of the fan, and the direction of the air flow is selected by the choice of fan type of the fan 1205 and the placement of the fan 1205 inside the case 605 , For example, fans having centrifugal propellers may be at the top or bottom of the housing ses, whereas an axial fan in the middle of the room 1050 can be placed. The airflow in the closed ring mixes the air and eliminates or reduces the vertical thermal gradient.

Ein anderes Problem, welches mit vertikalen thermischen Gradienten im Zusammenhang steht, ist, dass aufgrund der Temperaturunterschiede, welche von dem thermischen Gradienten herrühren, die oberen Wendeln einen höheren Widerstand aufweisen als die unteren Wendeln und konsequenterweise mit einer höheren Rate heizen als der Rate, mit welcher die unteren Wendeln heizen.One Another problem with vertical thermal gradients in the Context, is that due to temperature differences, which result from the thermal gradient, the upper coils one higher Have resistance as the lower coils and consequently with a higher one Heat rate as the rate at which the lower coils heat.

Die Verwendung eines Ventilators, wie oben diskutiert, eliminiert oder verringert den vertikalen thermischen Gradienten durch Bringen der Säule dazu, dass sie thermisch homogen ist. Eine andere Technik, um den thermischen Gradienten zu eliminieren oder zu verringern ist es, die gesamte Länge der Säule zu isolieren.The Using a fan, as discussed above, eliminated or reduces the vertical thermal gradient by bringing the Pillar to that it is thermally homogeneous. Another technique to the thermal Eliminating or reducing gradients is the entire process Insulate the length of the column.

Ein Weg zum Isolieren der Länge der Säule ist es, die Säule über einen großen Bereich zu strecken und große Abstände zwischen allen Teilen der Säule zu lassen. Dies verhindert ein thermisches Übersprechen zwischen unterschiedlichen Teilen der Säule. Das Problem mit dieser Technik liegt darin, dass sie beachtlichen Raum erfordern würde und aus diesem Grund unpraktikabel sein kann.One Way to isolate the length the column is it, the pillar over one huge Range to stretch and big distances between all parts of the column allow. This prevents thermal crosstalk between different ones Split the pillar. The problem with this technique is that it is remarkable Would require space and for that reason can be impractical.

Ein anderer Weg des Isolierens der Länge der Säule ist es, die Säule in einem Vakuum zu platzieren. Dies würde einen Wärmetransfer aufgrund von Konvektion eliminieren. Jedoch können beträchtliche Schwierigkeiten verbunden sein mit einer Abdichtung des Systems und einer Kühlung der Säule nach einer jeden Analyse.One another way of isolating the length of the Pillar is it, the pillar to place in a vacuum. This would cause heat transfer due to convection eliminate. However, you can considerable Difficulties associated with sealing the system and a cooling according to the column every analysis.

Ein anderer Weg, um die Säule zu isolieren, ist es, die Säule in einer thermisch isolierenden Hülle zu platzieren. Zum Beispiel könnte die Hülle hergestellt sein aus Glasfaser, einem Polymer ähnlich zu Teflon oder irgendeinem anderen Beschichtungsmaterial, welches eine thermische Isolierung vorsieht und welches nicht als Ergebnis der hohen Temperaturen kaputtgeht, auf welche die Säule geheizt wird. Mit einer isolierenden Umhüllung würde jeder Abschnitt der Säule unabhängig von dem anderen Abschnitt geheizt werden. Ein anderer Vorteil dieser Technik würde einen verringerten Wärmeverlust beinhalten und eine sich daraus ergebende Verringerung im Energieverbrauch. Falls eine röhrenförmige Isolation verwendet würde anstelle des Platzieren der Säule in einer Metallhülse, könnte die Säule parallel mit einem Heizdraht verlaufen, platziert in der isolierenden Röhre. Im Allgemeinen würde der Heizdraht einen höheren Widerstand aufweisen als die Metallhülse, und aus diesem Grund würde er einfacher zu steuern sein. Ein Problem, das mit einer thermischen Isolierung der Säule und des Heizelements verbunden ist, liegt in einem sich ergebenden Anstieg in der Zeit, welche erforderlich ist, um die Säule zu kühlen. Ein anderes Problem würde eine Unfähigkeit sein, die Abweichung der Temperatur der Säule umzukehren, wenn die Temperatur als Rampe geführt wird bzw. hochläuft.One another way to the pillar It is the pillar that isolates it to place in a thermally insulating sheath. For example could the case made of glass fiber, a polymer similar to Teflon or any other coating material, which is a thermal insulation and which does not break as a result of the high temperatures, on which the pillar is heated. With an insulating sheath, each section of the column would be independent of the other section to be heated. Another advantage of this technique would one reduced heat loss and a consequent reduction in energy consumption. If a tubular insulation would be used instead of placing the column in a metal sleeve, could the pillar run parallel with a heating wire, placed in the insulating Tube. In general, that would the heating wire a higher Resistance than the metal sleeve, and for that reason it would be easier to be controlled. A problem with thermal insulation the column and the heating element is in a resulting Increase in the time required to cool the column. One other problem would to be an inability to reverse the deviation of the temperature of the column when the temperature as a ramp is led or starts up.

Wie oben angemerkt, kann die Temperatur der Säule homogen gemacht werden durch Verwendung eines Ventilators, um die Luft in der Innenseite des Raums 1020 zu mischen. Bei dieser Technik sollte das Gehäuse 1005 abgedichtet sein, und alle Oberflächen sollten isoliert sein, um Wärmeverluste zu minimieren. Heftiges Bewegen der Luft stellt sicher, dass dort keine Temperaturgradienten auftreten und dass die gesamte Säule bei der gleichen Temperatur beginnt und die gleiche bleibt, wenn die Temperatur hochläuft. Ein Problem, das mit dieser Technik verbunden ist, ist es, dass mehr Leistung erforderlich ist, um die Säule zu heizen, da ein verhältnismäßig großes Volumen an Luft zusammen mit der Säule aufgeheizt werden muss.As noted above, the temperature of the column can be made homogeneous by using a fan to control the air in the inside of the room 1020 to mix. In this technique, the housing should 1005 be sealed and all surfaces should be insulated to minimize heat loss. Violent movement of air ensures that there are no temperature gradients and that the entire column starts at the same temperature and stays the same when the temperature starts up. A problem associated with this technique is that more power is required to heat the column because a relatively large volume of air must be heated together with the column.

In einigen Fällen sind thermische Gradienten entlang der Länge der Gaschromatographiesäule wünschenswert. Insbesondere können höher aufgelöste Gaschromatographietrennungen erreicht werden durch Vorsehen einer sich verändernden Temperatur entlang der Länge der Säule. Zum Beispiel kann eine sich kontinuierlich verändernde Temperatur, beginnend bei einer hohen Temperatur an dem Injektionsende der Säule und endend bei einer niedrigeren Temperatur am Detektionsende der Säule, nützlich sein beim Verbessern der Auflösung von bestimmten Proben. Techniken zum Erzielen von Temperaturveränderungen entlang einer Gaschromatographiesäule werden unten beschrieben.In some cases Thermal gradients along the length of the gas chromatographic column are desirable. In particular, you can higher resolution gas chromatographic separations can be achieved by providing a changing temperature along the length the column. For example, a continuously changing temperature can begin at a high temperature at the injection end of the column and ending at a lower temperature at the detection end of the column while improving the resolution from certain samples. Techniques for achieving temperature changes along a gas chromatographic column are described below.

In einer ersten Technik, wie in 27A dargestellt, ist eine Säule 1300 vertikal in einem Behälter 1305 für Flüssigkeit oder Gas aufgehängt, die bzw. das von der Oberseite des Behälters beheizt ist. Ein weicher thermischer Gradient soll erreicht werden, aber dieser kann schwierig zu steuern sein. Temperatursensoren 1310 können entlang der Länge der Säule installiert sein, um die Betriebstemperatur an jeglichem Punkt zu messen. Öl oder Luft können geeignete Arbeitsflüssigkeiten bzw. -fluide für typische Gaschromatographietemperaturen sein.In a first technique, like in 27A pictured is a pillar 1300 vertically in a container 1305 suspended for liquid or gas heated from the top of the container. A soft thermal gradient is to be achieved, but this can be difficult to control. temperature sensors 1310 can be installed along the length of the column to measure the operating temperature at any point. Oil or air may be suitable working fluids for typical gas chromatographic temperatures.

In einer zweiten Technik, wie in 27B dargestellt, dient eine widerstandsgeheizte Metallröhre 1315 als eine Gaschromatographiesäule. Der innere Durchmes ser 1320 der Säule ist entlang der Länge der Säule konstant. Der äußere Durchmesser der Säule nimmt mit einer konstanten Rate vom Einlass 1325 zum Auslass 1330 zu, was zu einem größer werdenden Querschnitt, einem abnehmenden Widerstand und einer abnehmenden Leistungsdissipation entlang der Länge der Säule vom Einlass zum Auslass führt. Die Säule ist in einer Kammer montiert, in welcher ein umgewälztes Fluid, wie etwa Luft, Wärme von der Säule mit einer ziemlich einheitlichen Rate entfernt, und sie wird geheizt unter Verwendung einer Niedrigspannungs-Hochstrom-Leistungsversorgung.In a second technique, like in 27B shown, serves a resistance-heated metal tube 1315 as a gas chromatographic column. The inner diam water 1320 the column is constant along the length of the column. The outer diameter of the column decreases at a constant rate from the inlet 1325 to the outlet 1330 too, resulting in a growing cross section, a waning counter and decreasing power dissipation along the length of the column from the inlet to the outlet. The column is mounted in a chamber in which a circulated fluid, such as air, removes heat from the column at a fairly uniform rate and is heated using a low voltage, high current power supply.

Das Temperaturprofil kann zugeschnitten werden durch Einstellung der Rate, mit welcher sich die Querschnittsfläche entlang der Säule ändert. Zum Beispiel würde eine lineare Änderung, welche zu einer konischen Säule führt, zu einem Temperaturprofil in Abhängigkeit eines Wurzelgesetzes führen. Ein gewünschter Grad einer Änderung entlang der Länge kann erreicht werden durch Steuerung der Änderung im Querschnitt entlang der Länge. Die Betriebstemperatur an jeglichem Punkt, jedoch nicht das Profil, kann geändert werden durch Einstellen des elektrischen Stroms, welcher zu der Säule zugeführt wird.The Temperature profile can be tailored by adjusting the Rate at which the cross-sectional area changes along the column. To the Example would a linear change, which to a conical column leads, depending on a temperature profile of a root law. One desired Degree of change along the length can be achieved by controlling the change in the cross section along the length. The operating temperature at any point, but not the profile, can be changed are adjusted by adjusting the electrical current which is to Column is supplied.

In einer dritten Technik, wie in 27C dargestellt, wird eine Beschichtung 1335 mit variabler Leitfähigkeit auf eine Glassäule 1340 aufgebracht. Insbesondere wird die Beschichtung verdampft oder auf der Säule beschichtet, um eine variable Wattdichte entlang der Länge der Säule zu erreichen. Diese Technik bietet einen potentiellen Vorteil gegenüber der in 27B dargestellten Technik darin, dass es weniger teuer sein kann, eine Säule herzustellen, welche eine Beschichtung mit veränderlichem Widerstand aufweist, als ein genaues Profil in einer Metallröhre herzustellen. Noch einmal wird angenommen, dass Wärme von der Säule mit einer ziemlich einheitlichen Rate wegtransportiert wird, um so das gewünschte Temperaturprofil zu erreichen.In a third technique, like in 27C shown, becomes a coating 1335 with variable conductivity on a glass column 1340 applied. In particular, the coating is vaporized or coated on the column to achieve variable watt density along the length of the column. This technique offers a potential advantage over that in 27B As shown, it may be less expensive to produce a column having a variable resistance coating than to produce an accurate profile in a metal tube. Once again, it is believed that heat is transported away from the column at a fairly uniform rate to achieve the desired temperature profile.

In einer vierten Technik, wie dargestellt in 27D, wird eine Metall- oder Glasröhre 1345 von konstantem Querschnitt zusammen mit einem externen elektri schen Heizer verwendet, welcher eine variable Wattdichte entlang der Länge der Säule erzeugt. Der variable elektrische Heizer kann zum Beispiel hergestellt werden durch Winden eines Drahts 1350 um die Säule in einer Spirale, welche eine Steigung hat, welche sich entlang der Länge der Säule verändert. Ein potentieller Nachteil dieser Technik ist, dass das Spiralentemperaturprofil auf die Innenseite der Säule übertragen werden könnte, um eine Reihe von Heiß- und Kaltpunkten entlang der Länge der Säule zu bilden. Verwendet man aktuelle Herstellungstechniken, wäre eine Säule, welche mit Draht in einer Spirale mit variabler Steigung umwickelt ist, verhältnismäßig teuer herzustellen. Dies ist eine wichtige Überlegung, da die Säule als ein Verschleiß- oder Wegwerfteil betrachtet werden muss.In a fourth technique, as shown in 27D , becomes a metal or glass tube 1345 of constant cross-section, together with an external electrical heater, which produces a variable watt density along the length of the column. The variable electric heater can be manufactured, for example, by winding a wire 1350 around the column in a spiral, which has a slope that varies along the length of the column. A potential disadvantage of this technique is that the spiral temperature profile could be transferred to the inside of the column to form a series of hot and cold spots along the length of the column. Using current manufacturing techniques, a column wrapped with wire in a variable pitch spiral would be relatively expensive to manufacture. This is an important consideration as the column must be considered as a wear or disposable part.

In einer fünften Technik, wie dargestellt in 27E, wird Wärme von einer gleichförmig beheizten Säule mit unterschiedlichen Raten entlang der Länge der Säule entfernt. Zum Beispiel können ringförmige Kühlrippen 1355 von veränderlichem Durchmesser entlang der Länge einer Metallröhre 1360 installiert sein, welche einen konstanten Querschnitt aufweist und durch einen elektrischen Widerstand beheizt ist, und ein Fluid kann um die Röhre zirkuliert werden, um die Wärme von der Röhre zu entfernen. Die Menge an Wärme, welche von unterschiedlichen Teilen der Röhre weggeführt wird, wird mit der Abmessung der Rippen variieren, welche an den unterschiedlichen Abschnitten der Röhre angebracht sind, was zu einem veränderbaren Temperaturprofil entlang der Länge der Röhre führen wird.In a fifth technique, as shown in 27E , heat is removed from a uniformly heated column at different rates along the length of the column. For example, annular cooling fins 1355 of variable diameter along the length of a metal tube 1360 be installed, which has a constant cross-section and is heated by an electrical resistance, and a fluid can be circulated around the tube to remove the heat from the tube. The amount of heat removed from different parts of the tube will vary with the size of the ribs attached to the different portions of the tube, which will result in a variable temperature profile along the length of the tube.

In einer sechsten Technik, wie dargestellt in 27F, wird ein thermischer Gradient erreicht entlang der Säule 1365 durch Hinzufügen von Wärme an einem Ende der Säule unter Verwendung einer Wärmequelle 1370 und Abziehen von Wärme von dem anderen Ende der Säule. Diese Technik erfordert eine erhebliche Isolierung der Säule. Zum Beispiel könnte eine Metallsäule, installiert in einem Vakuum, diese Wirkung erzielen. Es würde schwierig sein, eine Säule der erforderlichen Länge auf diese Art und Weise ohne Verwendung eines hoch leitfähigen Metalls zu bauen.In a sixth technique, as shown in 27F , a thermal gradient is achieved along the column 1365 by adding heat to one end of the column using a heat source 1370 and removing heat from the other end of the column. This technique requires significant isolation of the column. For example, a metal column installed in a vacuum could achieve this effect. It would be difficult to build a column of the required length in this way without using a highly conductive metal.

Flusssteuerungflow control

Eine andere wichtige Überlegung ist eine Fluss- bzw. Strömungssteuerung innerhalb des Systems. In einem Chromatographiesystem hat die relative Stabilität des Flusses eines Trägergases zwischen Analysen einen wesentlichen Einfluss darauf, ob die durch das System erzeugten Ergebnisse reproduzierbar sind. Demgemäß muss ein Gaschromatographiesystem in der Lage sein, den Fluss von Trägergas konsistent bzw. gleichmäßig zu steuern. Darüber hinaus erfordern einige Analysen Veränderungen im Fluss des Trägergases. Für diese Analysen muss das System in der Lage sein, gleichbleibend variable Flüsse zu bilden.A other important consideration is a flow control within the system. In a chromatographic system, the relative stability the flow of a carrier gas between analyzes a significant influence on whether the by the system generated results are reproducible. Accordingly, a must Gas chromatography system to be able to consistent the flow of carrier gas or to control evenly. About that In addition, some analyzes require changes in the flow of the carrier gas. For this Analyzes, the system must be capable of consistently variable rivers to build.

Eine Flusssteuerung kann insbesondere während einer Temperaturprogrammierung wichtig sein. Da sich die Dichte des Trägergases als eine Funktion der Temperatur ändert, wird sich der Fluss durch einen bestimmten Flussbegrenzer kontinuierlich mit den sich ändernden Temperaturen ändern, welche mit einer Temperaturprogrammierung verbunden sind. Das System kann eine weitere Dimension der Steuerung hinzufügen durch Vorsehen der Fähigkeit, den Trägergasfluss zu steuern und zu variieren. Der Fluss kann gesteuert werden unter Verwendung einer Massenflusssteuervorrichtung. Ein weniger teures Verfahren ist es, eine Reihe von Flussbegrenzern, wie etwa Kapillaren oder ähnliche Vorrichtungen, und eine Reihe von zugeordneten Magnetventilen zu verwenden, welche eine selektive Aktivierung unterschiedlicher Flussbegrenzer oder Kombinationen davon erlauben, um den Fluss durch das System zu variieren.Flow control may be particularly important during temperature programming. As the density of the carrier gas changes as a function of temperature, the flow through a particular flow restrictor will continuously change with the changing temperatures associated with temperature programming. The system may add another dimension to the controller by providing the ability to control and vary the carrier gas flow. The flow can be controlled using a mass flow controller. A less expensive method is to use a series of flow restrictors, such as capillaries or similar devices, and a number of associated ones To use solenoid valves, which allow selective activation of different flow restrictors or combinations thereof, to vary the flow through the system.

Andere Flusssteuerungspunkte sind auch relevant. Zum Beispiel, wie oben erwähnt, ist herausgefunden worden, dass ein Rückspülen der Dampfkonzentratoren (d.h. eine Umkehrung des Stroms durch die Dampfkondensatoren vor einem Desorbieren von Verunreinigungen von den Dampfkonzentratoren) zu einer rascheren Chromatographie führt. Die Verwendung von rückgespülten Dampfkonzentratoren gestattet auch die Verwendung von gestapelten Dampfkonzentratoren (d.h.Other Flow control points are also relevant. For example, as above mentioned, has been found to be a backwash of the steam concentrators (i.e., a reversal of the current through the steam condensers desorbing contaminants from the vapor concentrators) leads to a more rapid chromatography. The use of backwashed steam concentrators also allows the use of stacked steam concentrators (I.e.,

Dampfkonzentratoren, welche in Reihe angeordnet sind) mit einem ersten Dampfkonzentrator, welcher für Materialien optimiert ist, welche eine verhältnismäßig niedrige Flüchtigkeit aufweisen, und dem zweiten Dampfkonzentrator, welcher für Materialien optimiert ist, welche eine hohe Flüchtigkeit aufweisen.Dampfkonzentratoren, which are arranged in series) with a first Dampfkonzentrator, which for materials which is a relatively low volatility and the second vapor concentrator used for materials is optimized, which have a high volatility.

Schallwellen können verwendet werden, um die Ströme durch das System zu messen. Falls ein Schalltransmitter, welcher an einem Ende einer Röhre positioniert ist, einen Schall erzeugt, welcher durch einen Schallempfänger am anderen Ende der Röhre erfasst wird, wird der durch den Empfänger empfangene Schall die gleiche Frequenz haben wie der Schall, welcher durch den Transmitter erzeugt wird, wenn kein Gasfluss durch die Röhre vorliegt. Wenn dort ein Gasfluss vorliegt, dann wird die empfangene Frequenz von der übertragenen Frequenz abweichen als eine Funktion des Gasflusses und anderer einfach zu messender Faktoren. Dieser Effekt könnte verwendet werden, um den Gasstrom innerhalb der Gaschromatographiesäule zu messen. Man beachte, dass die Frequenz, welche verwendet wird, so zu sein hat, dass die entsprechende Wellenlänge klein ist im Vergleich zu dem Durchmesser der Säule.sound waves can be used to the currents through the system. If a sound transmitter, which at one end of a tube is positioned, a sound generated by a sound receiver at captured the other end of the tube will be, by the recipient received sound have the same frequency as the sound, which is generated by the transmitter, if no gas flow through the Tube is present. If there is a gas flow, then the received frequency from the transferred Frequency differ as a function of gas flow and other easy factors to be measured. This effect could be used to Gas flow to be measured within the gas chromatography column. Note that the frequency that is used has to be that the corresponding one wavelength is small compared to the diameter of the column.

Der ProbenextraktorThe sample extractor

Eine Probe kann erhalten werden durch Wischoberflächen, von denen geglaubt wird, dass sie Probenmaterial enthalten, oder durch Blasen von Luft auf solche Oberflächen, um Substanzen, welche analysiert werden sollen, zu lösen, und daraufhin Sammeln einer Probe für eine Untersuchung von dem Objekt, welches verwendet wurde, um die Oberfläche abzuwischen, oder von der Blasluft. Jedoch können solche Verfahren nicht geeignet sein für eine empfindliche Untersuchung von granularen oder Partikelmaterialien, welche tragen oder beschichtet sind mit ungewünschten Substanzen. Zum Beispiel kann die Wischtechnik ungeeignet sein für die Erfassung von Pestiziden auf Weizenkörnen oder anderem Getreide.A Sample can be obtained by wiping surfaces believed to be that they contain sample material, or by blowing air such surfaces, to solve substances to be analyzed, and collecting a sample for an investigation of the object that was used to the surface to wipe off, or from the blowing air. However, such methods can not being appropriate for a sensitive study of granular or particulate materials, which wear or are coated with unwanted substances. For example the wiping technique may be unsuitable for the detection of pesticides on wheat grains or other crops.

28 zeigt einen schematischen, erhöhten Querschnitt eines Probenextraktionsmoduls 1400, welches verwendet werden kann als Probenextraktor 510 des Systems der 15. Das Probenextraktionsmodul 1400 bildet eine Verbesserung gegenüber einer früheren „Freiraumanalyse" und Lösungsmittelextraktionsverfahren, welche verwendet wurden zur Analyse von granularen oder Partikelmaterialien. In einer Freiraumanalyse wird eine gesammelte Probe im Boden eines Gefäßes platziert, und ein Strom von Trägergas wird über die Probe geleitet. Der Transport von Dampfkomponenten aus der festen Probe und in den Trägergasstrom tritt auf durch passive Diffusion, was ein langsamer Vorgang ist. Im Gegensatz dazu zwingt das vorliegende Verfahren ein geheiztes Trägergas durch ein Bett von granularem, festem Material, so dass das geheizte Gas in engem Kontakt mit den verschiedenen Oberflächen des granularen Materials platziert ist, und eine Extraktion von flüchtigen Komponenten und ein Entfernen von anhaftenden Substanzen ist sowohl schnell als auch reproduzierbar, was zu einer typischen Probenextraktionszeit führt, welche von 10 Sekunden bis zu einigen Minuten reicht, abhängend von der Natur der Probe. Im Gegensatz dazu erfordern Freiraumtechniken typischerweise eine Stunde oder mehr zur Probensammlung. 28 shows a schematic, elevated cross-section of a sample extraction module 1400 which can be used as a sample extractor 510 the system of 15 , The sample extraction module 1400 provides an improvement over previous "free space analysis" and solvent extraction methods used to analyze granular or particulate materials In a free space analysis, a collected sample is placed in the bottom of a vessel and a stream of carrier gas is passed over the sample In contrast, the present method forces a heated carrier gas through a bed of granular, solid material so that the heated gas is in intimate contact with the various gases from the solid sample and into the carrier gas stream Surface of the granular material is placed, and extraction of volatile components and removal of adhering substances is both fast and reproducible, resulting in a typical sample extraction time ranging from 10 seconds to a few minutes, depending on the nature of the In contrast, clearance techniques typically require one hour or more for sample collection.

Ähnlich erforderten frühere Lösungsmittelextraktionstechniken typischerweise mehrere Stunden, um eine Probe zu erhalten, und sie erforderten auch eine teure Entsorgung von Abfalllösungsmitteln. Der Extraktor der vorliegenden Erfindung ist insbesondere angepasst, um Verunreinigungen, wie etwa Pestizide, welche granulare Produkte, wie etwa Weizenkörner oder anderes Getreide oder granulare Materialien, mit einer Schicht umgeben, zu extrahieren.Similarly required earlier Solvent extraction techniques typically several hours to get a sample and they also required an expensive disposal of waste solvents. The extractor of the present invention is particularly adapted contaminants, such as pesticides, which are granular products, like wheat grains or other crops or granular materials, with one layer surrounded, extract.

Das Extraktormodul schließt ein trichter- bzw. schlotförmiges Gehäuse 1405 mit Abmessungen ein, welche der Größe der gewünschten Probe angemessen sind. Das Gehäuse 1405 ist in der Lage, etwa durch eine Abdeckung 1410 abgedichtet zu werden, und es weist einen Einlass 1415 auf zum Aufnehmen von Trägergas. Das granulare Material 1420, welches analysiert werden soll, wird innerhalb des Trichters 1405 auf einem Schirm oder Filter 1425 platziert. Ein Diffusor 1430 kann an der Oberseite des Materials 1420 platziert sein, um das Trägergas zu verteilen. Der Austritt 1435 von dem Trichter 1405 tritt durch die Wand 1440 eines Ofens durch, welcher Ventile und andere Komponenten des Gaschromatographiesystems enthält.The extractor module includes a funnel-shaped housing 1405 with dimensions appropriate to the size of the desired sample. The housing 1405 is capable of about through a cover 1410 to be sealed, and it has an inlet 1415 to pick up carrier gas. The granular material 1420 which is to be analyzed will be inside the funnel 1405 on a screen or filter 1425 placed. A diffuser 1430 can be at the top of the material 1420 be placed to distribute the carrier gas. The exit 1435 from the funnel 1405 enters the wall 1440 a furnace containing valves and other components of the gas chromatography system.

Der Trichter 1405 und die Abdeckung 1410 werden elektrisch beheizt auf zwischen 100° C und 300° C. Nach Hinzufügen eines granularen Materials 1420 und Abdichten der Abdeckung 1410 gegen den Körper des Trichters 1405 wird ein aufgeheiztes Trägergas oder Luft (bei einer Temperatur von etwa 150° C-300° C) durch das granulare Material und in den Ofen durchgeleitet.The funnel 1405 and the cover 1410 are heated electrically to between 100 ° C and 300 ° C. After adding a granular material 1420 and sealing the cover 1410 against the body of the funnel 1405 is a heated carrier gas or air (at a temperature of about 150 ° C-300 ° C) through the granular material and into the oven.

Flüchtige Komponenten, welche sich als Schicht befinden auf oder enthalten sind in dem Probenmaterial 1420, werden von dem Probenmaterial freigesetzt und treten in den Trägergasstrom ein, welcher in das System geführt wird zur Verarbeitung und Analyse.Volatile components which are layered on or contained in the sample material 1420 are released from the sample material and enter the carrier gas stream which is fed into the system for processing and analysis.

Der DetektorThe detector

In einem herkömmlichen Gaschromatographiesystem spielt das Volumen des Detektors eine wichtige Rolle bei der Bestimmung der Empfindlichkeit und Auflösung der Analyse. Standarddetektoren können Gaschromatographie-Peaks erfassen, welche ungefähr 0,5 Sekunden breit oder breiter sind. Jedoch erzeugen Hochgeschwindigkeitsgaschromatographiesysteme, wie etwa das System der Erfindung, Peaks, welche weniger als 0,1 Sekunden breit sind. Falls zwei angrenzende Peaks, von denen jeder 0,1 Sekunden breit ist und welche um 0,2 Sekunden getrennt sind (Auflösung = 2), durch einen herkömmlichen Detektor detektiert würden, würden die Peaks beide die Detektorzelle zur gleichen Zeit belegen, und die Auflösung wäre beeinträchtigt.In a conventional one Gas chromatography system, the volume of the detector plays an important Role in determining the sensitivity and resolution of Analysis. Standard detectors can Detect gas chromatographic peaks which are about 0.5 second wide or are wider. However, high-speed gas chromatography systems, such as the system of the invention, peaks less than 0.1 Seconds are wide. If two adjacent peaks, each of which is 0.1 Seconds wide and which are separated by 0.2 seconds (resolution = 2), by a conventional Detector would be detected, would the peaks both occupy the detector cell at the same time, and the resolution would be impaired.

Das wirksame Volumen eines Detektors kann verringert werden (und die Auflösung kann erhöht werden) durch Betreiben des Detektors unter Vakuum. Zum Beispiel, wenn ein Flammenionisationsdetektor unter Vakuum betrieben wird, wird sich die Wasserstoffflame verlängern, und die Chemie der Ionisation, welche bei unterschiedlichen Flammentemperaturen auftritt, kann unterschieden werden durch Verwendung mehrerer Kollektoren. Antworten, welche für funktionale Gruppen des Analyts spezifisch sind, können verwendet werden, um eine Trennschärfe und Empfindlichkeit der Analyse zu verbessern.The effective volume of a detector can be reduced (and the resolution can be increased by operating the detector under vacuum. For example, when a flame ionization detector is operated under vacuum, the hydrogen flame will lengthen, and the chemistry of ionization, which occurs at different flame temperatures can be distinguished by using multiple collectors. Answers, which for functional Groups of the analyte are specific, can be used to a selectivity and To improve the sensitivity of the analysis.

Claims (20)

Hochgeschwindigkeits-Gaschromatographiesystem, aufweisend: einen Detektor; einen beheizten isothermischen Bereich; eine leitende Metallhülse (165); eine Gaschromatographiesäule (150), wobei die Säule (150) innerhalb und getrennt von der Hülse (165) positioniert ist, wobei ein äußerer Durchmesser der Säule (150) kleiner ist als ein inneren Durchmesser der Hülse (165), so dass der Unterschied zwischen den beiden Durchmessern klein genug ist, um eine rasche Wärmeübertragung von der Hülse (165) zu der Säule (150) zu gestatten, und wobei die Säule (150) und die Hülse (165) extern zu dem isothermen Bereich lokalisiert sind; und einen Flusspfad zwischen dem Detektor und der Gaschromatographiesäule (150), wobei zumindest ein Abschnitt des Flusspfads in dem isothermen Bereich positioniert ist.A high-speed gas chromatography system, comprising: a detector; a heated isothermal area; a conductive metal sleeve ( 165 ); a gas chromatographic column ( 150 ), whereby the column ( 150 ) within and separate from the sleeve ( 165 ), wherein an outer diameter of the column ( 150 ) is smaller than an inner diameter of the sleeve ( 165 ), so that the difference between the two diameters is small enough to allow rapid heat transfer from the sleeve (FIG. 165 ) to the column ( 150 ) and the column ( 150 ) and the sleeve ( 165 ) are located external to the isothermal region; and a flow path between the detector and the gas chromatographic column ( 150 ), wherein at least a portion of the flow path is positioned in the isothermal region. System nach Anspruch 1, weiter aufweisend ein Gehäuse (110), extern zu dem isothermen Bereich, worin die Gaschromatographiesäule (150) in dem Gehäuse (110) positioniert ist.The system of claim 1, further comprising a housing ( 110 ), external to the isothermal region, wherein the gas chromatographic column ( 150 ) in the housing ( 110 ) is positioned. System nach Anspruch 2, worin das Gehäuse (110) konfiguriert ist, um die Gaschromatographiesäule (150) von Wärmequellen außerhalb des Gehäuses (110) zu isolieren.A system according to claim 2, wherein the housing ( 110 ) to the gas chromatographic column ( 150 ) of heat sources outside the housing ( 110 ) to isolate. System nach Anspruch 3, weiter aufweisend eine Schaltung zum Zuführen eines elektrischen Stroms zu der leitenden Metallhülse (165), zum Heizen der Gaschromatographiesäule (150).The system of claim 3, further comprising a circuit for supplying an electric current to the conductive metal shell ( 165 ), for heating the gas chromatographic column ( 150 ). System nach Anspruch 3, weiter aufweisend eine isolierende Wand zwischen dem Gehäuse (110) und dem isothermen Bereich.The system of claim 3, further comprising an insulating wall between the housing ( 110 ) and the isothermal area. System nach Anspruch 2, wobei das Gehäuse (110) eine innere Oberfläche einschließt, welche eine geringe thermische Masse aufweist.A system according to claim 2, wherein the housing ( 110 ) includes an inner surface having a low thermal mass. System nach Anspruch 2, weiter aufweisend ein Gebläse, positioniert in dem Gehäuse (110), um eine im Wesentlichen homogene Wärmeverteilung innerhalb des Gehäuses (110) vorzusehen.The system of claim 2, further comprising a blower positioned in the housing (10). 110 ) to a substantially homogeneous heat distribution within the housing ( 110 ). System nach Anspruch 2, weiter aufweisend: einen Einlass, konfiguriert, um in einer offenen Position zu arbeiten, welche einen Strom in das Gehäuse (110) durch den Einlass erlaubt, oder eine geschlossene Position, welche einen Strom in das Gehäuse (110) durch den Einlass verhindert, und einen Steuermechanismus, angebracht an dem Einlass, und betreibbar, um den Einlass zwischen der offenen und der geschlossenen Position umzuschalten.The system of claim 2, further comprising: an inlet configured to operate in an open position that injects power into the housing (10); 110 ) through the inlet, or a closed position, which allows a flow into the housing ( 110 ) through the inlet and a control mechanism mounted on the inlet and operable to switch the inlet between the open and closed positions. System nach Anspruch 8, weiter aufweisend einen Prozessor, konfiguriert, um das System zu steuern, wobei der Prozessor mit dem Steuermechanismus verbunden ist und konfiguriert ist, um den Steuermechanismus zu veranlassen, den Einlass in eine offene Position zu setzen, um die Chromatographiesäule (150) zu kühlen.The system of claim 8, further comprising a processor configured to control the system, wherein the processor is connected to the control mechanism and configured to cause the control mechanism to set the inlet to an open position to open the chromatography column. 150 ) to cool. System nach Anspruch 1, wobei der geheizte isotherme Bereich eine geheizte isotherme Kammer aufweist.The system of claim 1, wherein the heated isothermal Area has a heated isothermal chamber. System nach Anspruch 1, weiter aufweisend eine Schaltung zum Zuführen eines elektrischen Stroms zu der leitenden Metallhülse (165), zum Heizen der Gaschromatographiesäule (150).The system of claim 1, further comprising a circuit for supplying an electric current to the conductive metal shell ( 165 ), for heating the gas chromatographic column ( 150 ). System nach Anspruch 11, wobei die Gaschromatographiesäule (150) weiter aufweist eine Schicht aus elektrisch isolierendem Material, welche die leitende Metallhülse (165) umgibt.A system according to claim 11, wherein the gas chromatographic column ( 150 ) further comprising a layer of electrically insulating material, which the conductive metal sleeve ( 165 ) surrounds. System nach Anspruch 1, wobei die Gaschromatographiesäule (150) mit der Hülse (165) in einer gewendelten Konfiguration angeordnet ist.A system according to claim 1, wherein the gas chromatographic column ( 150 ) with the sleeve ( 165 ) is arranged in a coiled configuration. System nach Anspruch 13, weiter aufweisend einen Halter, konfiguriert, um die Säule (150) mit der Hülse (165) in der gewendelten Konfiguration beizubehalten.The system of claim 13, further comprising a holder configured to support the column (10). 150 ) with the sleeve ( 165 ) in the coiled configuration. System nach Anspruch 14, wobei der Halter vier Seitenschienen und ein Paar von Ringen einschließt, mit den Seitenschienen mit den Ringen verbunden.The system of claim 14, wherein the holder has four side rails and a pair of rings, with the side rails connected with the rings. System nach Anspruch 15, wobei jede der Seitenschienen Nuten einschließt an einer Oberfläche der Seitenschienen, die innerhalb des Halters liegt, wobei jede Nut bemessen ist, eine Wendel der Säule (150) mit der Hülse (165) aufzunehmen.The system of claim 15, wherein each of the side rails includes grooves on a surface of the side rails that lies within the holder, each groove sized, a helix of the column ( 150 ) with the sleeve ( 165 ). System nach Anspruch 1, wobei ein Kühlkörper an jedem Ende der Hülse (165) angebracht ist.A system according to claim 1, wherein a heat sink at each end of the sleeve ( 165 ) is attached. System nach Anspruch 17, wobei der isotherme Bereich eine isotherme Kammer aufweist, wobei das System weiter aufweist eine Halterung, welche in einer äußeren Wand der isothermen Kammer positioniert ist, wobei ein erster Kühlkörper, angebracht an einem ersten Ende der Hülse (165), konfiguriert ist, um in die Halterung eingefügt zu sein.The system of claim 17, wherein the isothermal region comprises an isothermal chamber, the system further comprising a retainer positioned in an outer wall of the isothermal chamber, a first heat sink attached to a first end of the sleeve. 165 ) is configured to be inserted in the holder. System nach Anspruch 18, weiter aufweisend eine zweite Halterung, positioniert in der äußeren Wand der isothermen Kammer, wobei ein zweiter Kühlkörper, angebracht an ein zweites Ende der Hülse (165), konfiguriert ist, um in die zweite Halterung eingefügt zu sein.The system of claim 18, further comprising a second support positioned in the outer wall of the isothermal chamber, a second heat sink attached to a second end of the sleeve (10). 165 ) is configured to be inserted in the second holder. System nach Anspruch 19, worin: die Kühlkörper, angebracht an den Enden der Metallhülse (165), elektrisch leitend sind; und die Halterungen konfiguriert sind, um einen elektrischen Strom vorzusehen zum Heizen der Säule durch die Anbringung der Halterungen an die Kühlkörper.The system of claim 19, wherein: the heat sinks attached to the ends of the metal shell ( 165 ), are electrically conductive; and the brackets are configured to provide an electrical current for heating the column by attaching the brackets to the heatsink.
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